TUGAS AKHIR TM 141585

i

TUGAS AKHIR – TM 141585

RANCANG BANGUN MESIN WATER CHILLER

KAPASITAS 6 KILOWATT

SAMUEL PANJAITAN

NRP. 2115 105 022

DOSEN PEMBIMBING

Ary Bachtiar Krisna Putra, ST., MT., P.hD

JURUSAN TEKNIK MESIN

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya, 2018

ii

FINAL PROJECT - TM 141585

DESIGN OF A 6 KILOWATT WATER CHILLER

MACHINE

SAMUEL PANJAITAN

NRP. 2115 105 022

DOSEN PEMBIMBING

Ary Bachtiar Krisna Putra, ST., MT., P.Hd

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

Faculty of Industrial Technology

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2018

iv

RANCANG BANGUN MESIN WATER CHILLER

KAPASITAS 6 KILOWATT

Nama Mahasiswa : Samuel Panjaitan NRP : 2115105022

Jurusan : Teknik Mesin FTI-ITS Dosen Pembimbing : Ary Bachtiar K P, ST., MT., Ph.D

ABSTRAK

Indonesia merupakan negara dengan iklim tropis, sehingga

lebih dibutuhkan sistem pendingin daripada sistem pemanas.

Sistem pendingin dan pengkondisian udara banyak diaplikasikan

dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu pengaplikasiannya bisa

kita temukan pada gedung-gedung bertingkat seperti mall, rumah

sakit dan perkantoran. Karena kebutuhan untuk pendinginan pada

gedung-gedung bertingkat jauh lebih besar daripada di rumah-

rumah maka gedung-gedung bertingkat umumnya tidak

menggunakan AC Split karena akan lebih banyak membutuhkan

energi. Oleh karena itu mesin water chiller banyak digunakan

karena lebih hemat energi dan sanggup untuk kebutuhan

pendinginan untuk gedung-gedung bertingkat tersebut.

Pada tugas akhir ini penelitian yang dilakukan adalah

merancang dan membangun mesin water chiller kapasitas 6 kW.

Mesin water chiller ini dirancang dengan menggunakan sistem

kompresi uap yang menggunakan kompressor, kondensor, katup

ekspansi dan evaporator sebagai komponen utama. Untuk mesin ini

kompressor yang digunakan adalah kompressor bristol, kondensor

tipe Circilar Tube – Continuous fin Compact Heat Exchanger

evaporator tipe hellical tube dengan diameter nominal ¼ inch dan

pipa kapiler TC-70 sebagai katup ekspansi. Air didinginkan dari

suhu 25oC sampai 18

oC dan menggunakan pompa untuk

mensirkulasi air dengan debit 700 l/jam dan fluida kerja yang

digunakan adalah R-22.

Dari penelitian ini hasil yang didapatkan adalah dimensi

dari evaporator dan pipa kapiler untuk kapasitas pendinginan

v

19900 Btu/hr. Dimensi evaporator memiliki panjang 20 meter

dengan diameter nominal ¼ inch dan jumlah lilitan 13 buah.

Sedangkan untuk pipa kapiler memiliki panjang 2 m dengan

diameter dalam 0,07 inch. COP rancangan adalah 2,6 sedangkan

COP kondisi aktual yang diperoleh adalah 3,3, nilai HRR

rancangan adalah 1,18 dan HRR kondisi aktual adalah 1,27 dengan

laju alir massa refrijeran ( ) = 0,025 dan besarnya arus listrik

yang dibutuhkan adalah 8,3 A dan volume air yang didinginkan

adalah 170 liter. Pengujian dilakukan pada tekanan kerja normal.

Kata kunci : Water Chiller, Evaporator, Pipa Kapiler, R-22,

COP, HRR

vi

DESIGN OF A 6 KILOWATT WATER CHILLER

MACHINE

Student Name : Samuel Panjaitan NRP : 2115105022

Department : Teknik Mesin FTI-ITS Academic Advisor : Ary Bachtiar K P, ST., MT., Ph.D

ABSTRACT

Indonesia is a country with a tropical climate, so more

needed cooling system than heating system. Cooling and air

conditioning systems are widely applied in everyday life. One of

the applications we can find in high rise buildings such as malls,

hospitals and offices. Because the need for refrigeration in multi-

storey buildings is much larger than in homes, multi-story

buildings generally do not use AC Split because it will require

more energy. Therefore, water chiller machine is widely used

because it is more energy efficient and able to cooling needs for the

high rise buildings.

In this final project the research is to design and build water

chiller machine with 6 kW capacity. This water chiller machine is

designed using a vapor compression system that uses a compressor,

condenser, expansion valve and evaporator as the main component.

For this machine the compressor used is a bristol compressor,

Circilar Tube type condenser - Continuous fin Compact Heat

Exchanger type hellical tube evaporator with ¼ inch diameter and

TC-70 capillary tube as expansion valve. Water is cooled from 25 °

C to 18 ° C and uses a pump to circulate water with a 700 l / hr

discharge and the working fluid employed is R-22.

From this research the results obtained are the dimensions

of evaporator and capillary pipe for cooling capacity of 19900 Btu

/ hr. Evaporator dimensions have a length of 20 meters with a

diameter of ¼ inch and the number of windings 13 pieces. As for

the capillary pipe has a

vii

0.025 and the magnitude of the required electrical current is 8.3 A

and the volume of water cooled is 170 liters. The test is carried out

at normal working pressure.

Keyword : Water Chiller, Evaporator, Capillary Tube, R-22,

COP, HRR

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang

Maha Esa yang telah memberikan berkat dan karunia-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan laoran Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana di bidang Konversi Energi Jurusan

Teknik Mesin FTI-ITS.

Penulis menyadari dalam penyusunan laporan dan penelitian

tugas akhir ini dapat terselesaikan tidak lepas dari bimbingan,

kerjasama, dukungan maupun doa dari berbagai pihak. Oleh karena

itu penulis ingin menyampaikan terima kasih dan penghargaan

setinggi-tingginya kepada :

1. Bapak Ary Bachtiar Krisna Putra, ST., MT., Ph.D selaku dosen

pembimbing Tugas Akhir yang dengan penuh kesungguhan,

kesabaran, dan banyak meluangkan waktu untuk memberikan

bimbingan, petunjuk, semangat kepada penulis dalam

menyelesaikan penelitian tugas akhir ini.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Djatmiko Ichsani., M.Eng, selaku dosen

penguji Tugas Akhir atas saran dan masukan yang telah

diberikan.

3. Bapak Prof. Ir. Sutardi., M.Eng, Ph.D selaku dosen penguji

Tugas Akhir atas saran dan masukan yang telah diberikan.

4. Bapak Dr. Bambang Sudarmanta., ST, MT selaku dosen

penguji Tugas Akhir atas saran dan masukan yang telah

diberikan.

5. Keluarga penulis, Ibu Mampe Roslina Marpaung, Nenek

Lukertina Sitorus dan sudara-saudara penulis kakak-kakakku

Betty Panjaitan, Meylina Panjaitan, dan adik-adikku

Christoffel Panjaitan, Erwin Panjaitan dan Dessy Panjaitan atas

ix

doa, perhatian dan dukungan baik moril maupun materil yang

telah diberikan.

6. Segenap Bapak/ Ibu Dosen Pengajar dan Karyawan di Jurusan

S1 Teknik Mesin ITS yang telah memberikan banyak ilmu.

7. Keluarga besar Lab. Pendingin Teknik Mesin FTI-ITS : Mas

Erdin, partner Tugas Akhir : Ibnu Wardoyo, Andi Pambudi dan

Ari Maulana terima kasih atas kerjasama dan bantuan yang

telah diberikan sehingga tugas akhir ini bisa terselesaikan

dengan baik.

8. Teman-teman seperjuangan LJ Teknik Mesin 2015

9. Keluarga-keluarga penulis yang tinggal di Surabaya, keluaraga

Bapak Jhonson Sibarani dan Ibu Marpaung.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih terdapat

kekurangan. Oleh karenanya penulis mengharapkan masukan dan

saran demi kesempurnaan penyusunan laporan Tugas Akhir ini.

Semoga Tuga Akhir ini dapat memberikan kontribusi bagi

pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya di

bidang Rekayasa Konversi Energi.

Surabaya, Januari 2018

Penulis

x

DAFTAR ISI

JUDUL ...................................................................................... i

TITLE PAGE ............................................................................ ii

LEMBAR PENGESAHAN ....................................................... iii

ABSTRAK ................................................................................ v

ABSTRACT .............................................................................. vi

KATA PENGANTAR ............................................................... viii

DAFTAR ISI ............................................................................. x

DAFTAR GAMBAR ................................................................ xiv

DAFTAR TABEL ..................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

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

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

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ........................................................... 3

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

1.6 Sistematika Penulisan ................................................... 3

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Terdahulu ..................................................... 5

2.2 Chiller ........................................................................... 5

2.2.1 Water-Cooled Condensor....................................... 5

2.2.2 Air Cooled Condensor ........................................... 6

2.2.3 Evaporative Condensor .......................................... 6

xi

2.3 Refrigerasi dan Sistem Refrigerasi ............................... 7

2.3.1 Siklus Kompresi Uap Standar Ideal ....................... 8

2.3.2 Siklus Kompresi Uap Nyata ................................... 10

2.4 Komponen Utama Sistem Refrigerasi .......................... 11

2.4.1 Kompressor ............................................................ 11

2.4.2 Kondensor .............................................................. 12

2.4.3 Pipa Kapiler ............................................................ 13

2.4.4 Evaporator .............................................................. 14

2.5 Refrigeran ..................................................................... 15

2.6 Persamaan mencari kerja, daya input, efisiensi

kompresor dan temperatur rata-rata bodi kompresor ... 17

2.7 Persamaan mencari panas yang dilepaskan oleh

kondensor ke udara sekeliling ...................................... 19

2.8 Persamaan mencari kapasitas pendinginan pada

Evaporator .................................................................... 20

2.9 Persamaan-persamaan perhitungan analisis untuk

mengetahui penurunan tekanan didalam kapiler dan

mencari panjang pipa kapiler ....................................... 21

2.10 Heat Exchanger ........................................................... 23

2.10.1 Konsep Perpindahan Panas Secara Umum........... 23

2.10.2 Keseimbangan Energi Pada Heat Exchanger ....... 24

2.10.3 Perpindahan Panas Sisi Dalam (Internal Flow ..... 24

2.10.4 Perpindahan Panas Sisi Luar (Eksternal Flow) ... 25

2.10.5 Metode LMTD ..................................................... 26

xii

2.10.6 Koefisien Perpindahan Panas Total ..................... 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Analisis Energi Pada Mesin Water Chiller .................. 28

3.2 Diagram Alir Perancangan Sistem............................... 30

3.3 Diagram Alir Perancangan Mesin Water Chiller ........ 31

3.4 Diagram Alir Perancangan Evaporator ........................ 33

3.5. Mesin Water Chiller ................................................... 35

3.6. Komponen dan Peralatan untuk merancang ............... 36

3.7. Jadwal dan Rencana Kegiatan .................................... 35

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Teknis .................................................................. 51

4.2 Data-data Rancangan ................................................... 52

4.3.Konversi Tekanan ........................................................ 52

4.4.Mencari properti refrigeran.......................................... 53

4.5 Analisis Rancangan dengan Termodinamika .............. 54

4.6 Perancangan Evaporator .............................................. 57

4.6.1 Analisa Termodinamika pada Evaporator dengan

Temperatur Air 25oC .............................................. 58

4.6.2 Karakteristik Permukaan Sisi Refrigeran 22

(Cold Side) ............................................................. 60

4.6.3 Perbandingan LMTD pada Evaporator ................ 60

4.6.4 Analisis Perpindahan Panas ................................... 61

4.6.4.1 Tipe Pipa Lurus ................................................ 61

4.6.4.2 Tipe Hellical ..................................................... 69

xiii

4.6.4.3 Kesimpulan Pemilihan ...................................... 76

4.7 Perancangan Kapiler .................................................... 77

4.8 Hasil Pengujian ............................................................ 82

4.9 Analisis Data Aktua ..................................................... 82

4.10 Analisis Termodinamika Rancangan Vs Hasil

Pengujian .................................................................... 86

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ................................................................. 87

5.2 Saran ........................................................................... 89

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

BIODATA PENULIS

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Water Cooled Condensor..................................... 6

Gambar 2.2 Air Cooled Condensor ......................................... 6

Gambar 2.3 Evaporative Condensor ....................................... 7

Gambar 2.4 Komponen-komponen dari Sistem Refrijerasi

Uap Standar Ideal ................................................ 9

Gamabr 2.5 T-s dan P-h Diagram Siklus Kompresi Uap

Standar Ideal ........................................................ 10

Gambar2.6 Daur kompresi uap nyata dibandingkan dengan

Daur Uap Standar ................................................. 10

Gambar 2.7 Kompresor refrigeran .......................................... 11

Gambar 2.8 Hermetic Compressor Tipe Reciprocating .......... 12

Gambar 2.9 Finned Tube Condensor ...................................... 12

Gamabar 2.10 Pipa Kapiler ..................................................... 13

Gambar 2.11 Hellical Tube Evaporator................................... 15

Gambar 2.12 Langkah Kompresi pada Kompresor ................. 18

Gamabar 2.13 Skema Termodinamika Kondensor ................. 19

Gambar 2.14 Skema Termodinamika Evaporator ................... 20

Gambar 2.15 Tipe Aliran Paralel pada Heat Exchanger ......... 26

xv

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Sistem ...................... 30

Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Mesin Water

Chiller .................................................................. 32

Gambar 3.3 Diagram Alir Perancangan Evaporator ................ 35

Gambar 3.4 Mesin Water Chiller yang Dirancang .................. 36

Gambar 3.5 Kompressor dan kondensor ................................. 37

Gambar 3.6 Pipa Kapiler ......................................................... 38

Gambar 3.7 Evaporator ........................................................... 39

Gambar 3.9 Filter Dryer .......................................................... 39

Gambar 3.10 Sight Glass ......................................................... 40

Gambar 3.11 Low Pressure Gauge dan High Pressure

Gauge ................................................................. 41

Gambar 3.12 HLP ................................................................... 42

Gambar 3.13 Heater ................................................................ 42

Gambar 3.14 Hand Valve ........................................................ 43

Gambar 3.15 Flowmeter .......................................................... 44

Gambar 3.16 Tangki ................................................................ 44

Gambar 3.17 Pompa ................................................................ 45

Gambar 3.18 Termostat Digital ............................................... 46

Gambar 3.18 Termometer Air Raksa ...................................... 47

Gambar 3.19 Inverter .............................................................. 47

xvi

Gambar 3.20 Flowmeter Air ................................................... 48

Gambar 3.21 Data Akuisisi ..................................................... 49

Gambar 3.22 Pipa PVC ........................................................... 49

Gambar 3.33 Clamp on Ammeter Digital ............................... 50

Gambar 4.1 Diagram p-h dari data teknis kompresor ............. 52

Gambar 4.2 Rancangan Evaporator ......................................... 57

Gambar 4.3 Grafik Analisis Heat Balance Air dan

Refrigeran ............................................................ 58

Gambar 4.4 Diagram p-h data aktual rancangan ..................... 83

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat termofisik beberapa refrigeran ........................ 16

Tabel 3.1 Dasar Perancangan Sistem ...................................... 28

Tabel 3.2 Spesifikasi kompresor dan kondensor ..................... 37

Tabel 3.3 Spesifik filter dryer ................................................. 40

Tabel 3.4 Spesifik Sight glass ................................................. 40

Tabel 3.5 Spesifik High Low Pressure .................................... 42

Tabel 3.6 Spesifik heater......................................................... 43

Tabel 3.7 Spesifik hand valve. ................................................ 43

Tabel 3.8 Spesifik flowmeter ................................................... 44

Tabel 3.9 Spesifik tangki (bak) ............................................... 45

Tabel 3.10 Spesifik pompa ...................................................... 45

Tabel 3.11 Spesifik Termostat Digital..................................... 46

Tabel 3.12 Spesifikasi Inverter ................................................ 48

Tabel 3.13 Spesifikasi Flowmeter Air ..................................... 48

Tabel 3.14 Tabel Jadwal dan Rencana Kegiatan ..................... 50

Tabel 4.1 Data teknis kompressor ........................................... 51

Tabel 4.2 Suhu air dan refrijeran pada tiap zona .................... 59

Tabel 4.3 TLMTD Air dan Refrigeran .................................. 61

Tabel 4.4 Analisis termodinamika rancangan vs hasil

pengujian ............................................................... 86

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Peningkatan kebutuhan hidup manusia yang semakin tinggi

menyebabkan manusia meningkatkan kualitas hidupnya.

Peningkatan tersebut terjadi di berbagai macam sektor slah

satunya adalah sistem pendingin. Peningkatan di sektor tersebut

menyebabkan evolusi teknologi pendingin yang semakin canggih.

Teknologi mesin pendingin saat ini sangat mempengaruhi

kehidupan dunia modern, tidak hanya terbatas untuk peningkatan

kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga sudah menyentuh

hal-hal esensial penunjang kehidupan manusia. Teknologi ini

dibutuhkan untuk penyiapan bahan makanan, proses kimia yang

memerlukan pendinginan, pengkondisian udara untuk

kenyamanan ruangan baik pada industri, perkantoran, transportasi

maupun rumah tangga.

Mesin refrigerasi pada saat ini telah menjadi kebutuhan

dasar bagi masyarakat baik khususnya di daerah perkotaan. Untuk

gedung – gedung bertingkat seperti mall, hotel, gedung

perkantoran, rumah sakit membutuhkan udara bersih dan segar

yang lebih banyak. Untuk mendapatkan udara bersih dan segar

yang lebih banyak itu maka dibutukan mesin pendinginan dengan

kapasitas yang sangat besar juga dan tetap mengutamakan prinsip

hemat energi. Mesin itu adalah water chiller. Water chiller adalah

mesin refrigerasi yang memiliki fungsi utama mendinginkan air

pada sisi evaporatornya. Air kemudian dialirkan ke AHU (Air

Handling Unit) untuk diambil dinginnya dan dihembuskan ke

ruangan. Penarikan panas atau kalor dimulai pada evaporator.

Pada penelitian kali ini peneliti akan merancang dan

membangun sebuah mesin water chiller kapasitas pendinginan

19900 Btu/hr dengan mengaplikasikan sistem kompresi uap.

Seperti yang kita ketahui sistem kompresi uap menggunakan

kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator sebagai

komponen utamanya. Mesin water chiller ini nantinya akan

2

mendinginkan air dari suhu 25oC menjadi 18

oC. Beberapa

komponen utama yang akan dirancang adalah evaporator dan pipa

kapiler . Evaporator yang didesain adalah tipe hellical tube

dengan mensirkulasikan air dengan debit pompa 700l /jam pada

sisi luarnya. Dalam merancang mesin water chiller ini peneliti

menggunakan data teknis kompressor sebagai dasar mengetahui

parameter dan operasi optimum untuk mendesain mesin water

chiller agar sesuai dengan sistem yang dibangun.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belaang tersebut maka dapat dirumuskan

beberapa permasalahan yang akan dikaji pada perancangan mesin

water chiller antara lain :

1. Bagaimana mengaplikasikan sistem kompresi uap agar

dapat merancang dan membangun sebuah mesin water

chiller

2. Bagaimana merancang dan membangun mesin water

chiller agar diperoleh Coefficient Of Performance (COP)

yang maksimum

3. Bagaimana perbedaan atara hasil rancangan dengan

kondisi aktual

1.3 Tujuan

Tujuan dari penelitian inia adalah sebagai berikut :

1. Mengaplikasikan sistem kompresi uap agar dapat

merancang dan membangun sebuah mesin water chiller

2. Merancang dan membangun mesin water chiller agar

diperoleh Coefficient Of Performance (COP) yang

maksimum

3. Membandingkan nilai-nilai dari parameter kondisi yang

dirancang dengan kondisi aktual

3

1.4 Batasan Masalah

Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai

masalah yang dikaji dalam penulisan tugas akhir in, maka perlu

kiranya diberikan batasan masalah sebagai berikut :

1. Sistem yang digunakan adalah sistem dasar dari

Kompresi Uap dengan komponen utama yaitu

kompressor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator.

2. Kondisi sistem dalam keadaan tunak (steady state)

3. Fluida kerja yang digunakan adalah R-22

4. Kompresor yang digunakan adalah kompresor bristol tipe

H24B24QABH

5. Perancangan menggunakan data-data teknis kompressor

6. Diasumsikan tidak terjadi penurunan tekanan di

sepanjang evaporator dan kondensor

7. Debit air 700 l/jam

8. Pengaruh perpindahan panas secara radiasi dari

lingkungan diabaikan

9. Perancangan tidak mengikutsertakan analisIS metalurgi

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang dapat diambil dari penelitian tugas

akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Memberikan informasi dan pengetahuan tentang sistem

Kompresi Uap

2. Dapat memeberikan informasi serta pengetahuan kepada

kita mengenai parameter-parameter apa saja yang

digunakan dalam merancang mesin water chiller

3. Sebagai pengembangan penelitian di Laboratorium

Pendingin Teknik Mesin ITS

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan disusun untuk memberikan gambaran

penjelas mengenai bagian-bagian tugas akhir, diantaranya :

4

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan secara singkat tinjauan secara umum

mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah,

tujuan, manfaat, dan sistematika penulisan dari tugas akhir ini.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

Bab ini menjelaskan beberapa teori penunjang yang

digunakan untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Dasar teori

digunakan sebagai referensi atau materi rujukan sebagai dasar

dalam melakukan rancang bangun maupun evaluasi u ujuk kerja

dari peralatan mesin pendingin.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini menjabarkan alur proses kegiatan tugas akhir ini

dimulai dari awal hingga akhir dan menjabarkan mengenai

prosedur atau langkah-langkah dalam melakukan rancang bangun

mesin water chiller, peralatan penelitian dan metode penelitian.

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Bab ini menjelaskan bagaimana perancangan dan evaluasi

mesin water chiller. Perancagan berdasarkan analisis

termodinamika dan perpindahan panas.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari pembahasan masalah serta

saran yang diberikan untuk pengembangan salanjutnya.

DAFTAR PUSTAKA

Berisi tentang referensi-referensi yang terkait dengan materi

pembahasan, berupa buku, jurnal tugas akhir terdahulu, maupun

website yang dijadikan acuan untuk menyelesaikan tugas akhir

ini.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Terdahulu

2.1.1 Design of 12 kW air-cooled water chiller

“D kW -cooled water

” k k S Ay p

penelitian ini Samantha melakukan rancang bangun water chiller

dengan debit air 1000 l/jam untuk mendinginkan air dari suhu

20oC menjadi 10

oC dengan menggunakan R-134a. Samantha

menggunakan sistem kompresi uap untuk rancangan nya dimana

hellical double-pipe heat exchanger digunakan sebagai

evaporatornya, air mengalir disisi dalam dan refrigeran mengalir

di sisi luar pipa, kondensor yang digunakan adalah fin and tube

heat exchanger, dan katup ekspansi yang digunakan adalah jenis

pipa kapiler.

2.2 Chiller

Chiller adalah mesin refrigerasi yang berfungsi untuk

mendinginkan air pada sisi evaporatornya. Air kemudian

dialirkan ke AHU (Air HandlingUnit) untuk diambil dinginnya

dan dihembuskan ke ruangan. Jenis chiller menurut media

pendingin kondenser yaitu :

2.2.1 Water-Cooled Condensor

Water-Cooled Condensor merupakan jenis pembuangan

kalor pada refrigeran menggunakan air. Air ini dugunakan untuk

mendinginkan kondenser yang aliran airnya berasal dari cooling

water. Pada suatu chiller, jika temperatur air keluar kondenser

naik, maka temperatur dan tekanan refrigeran akan naik.

Sebaliknya, jika temperatur air keluar kondenser turun, maka

temperatur dan tekanan refrigeran akan turun. Perubahan

temperatur dan tekanan refrigeran ini akan mengakibatkan

perubahan kerja kompresor. Kondenser ini sensitif terhadap debit

air. Debit yang terlalu besar akan menghasilkan kecepatan air

http://chillerthermoq/

6

yang besar, erosi, vibrasi, atau kebisingan. Debit yang terlalu

kecil akan mengurangi efisiensi pertukaran kalor dan

menyebabkan kinerja chiller menurun. Jadi, debit air kondenser

harus dipertahankan pada rentang tertentu (kecuali saat start-up).

Gambar 2.1 Water Cooled Condenser

2.2.2 Air Cooled Condensor

Air cooled condensor adalah kondenser berpendingin udara

sehingga tidak memerlukan air sebagai media pendinginan

kondenser, karena pembuangan kalor kondenser dilakukan

lengsung ke udara lingkungan. Kelebihan utama penggunaan air

cooled condensor adalah tidak adanya cooling tower dalam

sistem pendingin kondenser. Hal ini membuat perawatan chiller

akan menjadi lebih mudah, karena tidak diperlukan water

treatment, pembersihan pipa-pipa kondenser, perawatan mekanik

cooling tower, perlindungan terhadap temperatur ekstra rendah

(negara 4 musim), dan penyediaan air. Secara umum, hal ini juga

akan mengurangi biaya operasi.

Gambar 2.2 Air Cooled Condenser

7

2.2.3 Evaporative Condenser

Evaporative Condenser adalah kondensor berpendingin air

dan udara biasanya jenis pendinginan ini untuk sistem besar untuk

menurunkan temperatur yang tinnggi dari kondensor. Untuk

sistem ini konsumsi energi lebih besar di bandingkan

menggunakan Water Cooled Condensor dan Air Cooled

Condenser karna energi listrik digunakan untuk menggerakan fan

dan juga pompa.

Gambar 2.3 Evaporative Condenser

Evaporative Condenser adalah kondensor berpendingin air

dan udara biasanya jenis pendinginan ini untuk sistem besar untuk

menurunkan temperatur yang tinnggi dari kondensor. Untuk

sistem ini konsumsi energi lebih besar di bandingkan

menggunakan. Water Cooled Condensor dan Air Cooled

Condenser karna energi listrik digunakan untuk menggerakan fan

dan juga pompa.

2.3 Refrigerasi dan Sistem Refrigerasi

Refrigerasi merupakan proses penyerapan kalor dari

ruangan bertemperatur tinggi dan memindahkan kalor tersebut ke

suatu medium tertentu yang memiliki temperatur lebih rendah

8

serta menjaga kondisi tersebut sesuai dengan yang dibutuhkan.

Pada sistem ini sebuah kompresor akan mengkompresi refrigeran

sehingga tekanan dan temperaturnya meningkat.

Refrigeran yang telah dikompresi kemudian

dikondensasikan dengan kondensor menjadi cairan dengan

melepaskan kalor latennya. Setelah itu refrigerant memasuki alat

ekspansi, cairan tersebut diturunkan tekanannya sehingga

temperaturnya menurun dan kemudian dilanjutkan ke dalam

evaporator yang akan menghasilkan efek refrigerasi dengan

menyerap kalor dari suatu ruangan.

Sistem refrigerasi adalah kombinasi komponen, peralatan,

dan perpipaan yang dihubungkan dalam suatu urutan tertentu

untuk menghasilkan efek pendinginan sehingga dapat menjadikan

kondisi temperatur suatu ruangan berada di bawah temperatur

semula (menjadikan temperatur di bawah temperatur siklus). Pada

prinsipnya kondisi temperatur rendah yang dihasilkan oleh suatu

sistem refrigerasi diakibatkan oleh penyerapan panas pada

reservoir dingin (low temperatur source) yang merupakan salah

satu bagian sistem refrigerasi tersebut. Panas yang diserap

bersama-sama energi (kerja) yang diberikan kerja luar dibuang

pada bagian sistem refrigerasi yang disebut reservoir panas (high

temperatur source).

Sistem refrigerasi secara garis besar dapat diklasifikasikan

menjadi beberapa sistem refrigerasi, diantaranya yaitu sistem

refrigerasi kompresi uap, sistem refrigerasi absorpsi, sistem

refrigerasi ekspansi gas, sistem refrigerasi termoelektrik, dan

sistem refrigerasi magnetic. Pada penelitian ini akan digunakan

sistem refrigerasi kompresi uap, sehingga bahasan selanjutnya

akan terfokus pada sistem refrigerasi kompresi uap.

2.3.1 Siklus Kompresi Uap Standar Ideal

Siklus kompresi uap adalah sistem dimana fluida kerja

mengalami proses penguapan dan pengembunan, serta proses

kompresi dan ekspansi secara terus menerus. Siklus kompresi uap

standar yang diaplikasikan pada sistem pendingin udara standar

9

terdiri dari empat komponen utama, komponen-komponen

tersebut bekerja secara bersama-sama membentuk suatu proses

yang berulang (siklus) dengan refrijeran sebagai media yang

digerakkan. Siklus kompresi uap standar bisa digambarkan

sebagai beikut :

Gambar 2.4 Komponen-komponen Dari Sistem Refrijerasi Uap

Standar Ideal

Proses-proses yang membentuk daur kompresi uap standar-ideal

adalah sebagai berikut :

Proses 1-2 : Kompresi adiabatik dan reversibel, dari uap menuju

tekanan kondensor

Proses 2-3 : Pelepasan kalor reversibel pada tekanan konstan

menyebabkan penurunan panas.

Proses 3-4 : Ekspansi tidak reversibel pada entalpi konstan, cairan

jenuh menuju tekanan evaporator.

Proses 4-1 : Penambahan kalor reversibel pada tekanan tetap,

yang menyebabkan penguapan menuju uap jenuh.

10

Berikut ini merupakan bentuk T-s dan P-h diagram dari daur

kompresi uap standar ideal :

Gambar 2.5 T-s dan P-h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar

Ideal

2.3.2 Siklus Kompresi Uap Nyata

Daur kompresi uap nyata mengalami pengurangan efisiensi

dibandingkan dengan daur standar. Perbedaan penting antara daur

nyata dan standar terletak pada penurunan tekanan di dalam

kondensor dan evaporator, dalam kondisi subcooling cairan yang

meninggalkan kondensor, dan dalam pemanasan lanjut uap yang

meninggalkan evaporator, hal tersebut dapat dilihat dalam gambar

berikut :

Gambar 2.6 Daur Kompresi Uap Nyata Dibandingkan Dengan

Daur Standar

11

2.4 Komponen Utama Sistem Refrigerasi Komponen utama secara umum agar sistem refrigerasi

dapat bekerja dengan baik adalah sebagai berikut:

a) Kompresor

b) Kondensor

c) Expansion valve

d) Evaporator

Sebagaimana yang diketahui pada empat komponen utama

sistem refrigerasi kompresi uap standar tidak akan dapat bekerja

dengan sesuai fungsinya jika salah satu komponen tersebut tidak

ada atau tidak berfungsi dengan baik.

2.4.1 Kompresor

Kompresor berfungsi untuk menghisap uap refrigeran

bertekanan rendah dari evaporator dan mengkompresinya menjadi

uap bertekanan tinggi sehingga uap akan tersirkulasi. Dengan

adanya proses kompresi maka terjadi perbedaan tekanan tekanan

antara sisi hisap (suction) dan sisi keluar (discharge) yang

menyebabkan refrigeran dapat mengalir dalam sistem.

Berdasarkan konstruksinya, maka kompresor dapat dibagi

menjadi lima macam, yaitu kompresor torak (reciprocating),

kompresor putar (rotary), kompresor sekrup (screw), kompresor

gulung (scroll), dan kompresor sentrifugal (centrifugal).

Gambar 2.7 Kompresor refrigeran, (a) reciprocating, (b) rotary,

(c) scroll, (d) screw

12

Tipe kompressor yang digunakan pada eksperimen kali ini adalah

tipe kompresor reciprocating dan jenisnya adalah hermetic

reciprocating

Gambar 2.8 Hermetic Compressor Tipe Reciprocating

2.4.2 Kondensor

Kondensor merupakan alat penukar kalor yang berada pada

daerah tekanan tinggi dari sistem refrigerasi. Kondensor berfungsi

sebagai pembuang panas (heat rejection) dari dalam sistem ke

luar sistem. Pada saat refrigeran memasuki kondensor, maka

refrigeran akan mengalami perubahan fase dari gas menjadi cair

(terkondensasi). Kondensor yang digunakan adalah tipe finned-

tube kondensor

Gambar 2.9 Finned-tube Kondensor

13

2.4.3 Capillary tube (pipa kapiler)

Pipa kapiler merupakan pipa berdiameter kecil, yang

ditempatkan antara bagian sistem bertekanan tinggi, dan bagian

sistem bertekanan rendah. Fungsinya adalah untuk menurunkan

tekanan refrigeran sehingga terjadi penurunan temperatur di

evaporator. Pipa kapiler biasanya digunakan pada sistem yang

kecil, dimana beban pendinginannya tidak banyak beruah, seperti

kulkas rumah tangga. Ciri khas dari sistem yang menggunkan

pipa kapiler adalah jumlah refrigeran di dalam sistem dibatasi,

dengan demikian liquid receiver dan akumulator harus diisolir

dari aliran. Pengisian refrigeran pada sistem ini dilakukan secara

bertahap, apabila isi refrigeran tetap cukup, maka refrigeran pada

saat meninggalkan evaporator telah menjadi uap jenuh. Hal ini

ditandai dengan terbentuknya salju pada permukaan evaporator.

Bila pembentukan salju terlalu jauh sampai mendekati kompresor

maka berarti jumlah refrigeran di dalam sistem terlalu sedikit dan

bila tidak seluruh permukaan evaporator terliputi oleh salju

berarti jumlah refrigeran di dalam sistem terlalu banyak. Pada

eksperimen ini menggunakan expansion valve jenis capillary tube

dengan biaya yang ekonomis tetapi mempunyai fungsi yang sama

dengan alat ekspansi lainnya.

Gambar 2.10 Pipa kapiler

14

2.4.4 Evaporator

Komponen ini berfungsi untuk menyerap panas dari

ruangan. Panas tersebut diserap dan dialirkan melalui heat

exchanger kemudian dipindahkan ke refigeran. Pada saat

refrigeran menyerap panas, maka entalpi refrigeran akan

meningkat. Semakin banyak kenaikan entalpi pada refrigeran

selama di evaporator maka semakin baik pula kinerja perangkat

pendinginan udara yang terpasang. Jenis evaporator berdasarkan

fluida yang didinginkan

a. Air Cooling Evaporator

Evaporator jenis air cooling, adalah evaporator yang

mendinginkan produk dengan udara dingin yang telah melawati

evaporator tersebut, udara yang telah didinginkan didistribusikan

untuk mendinginkan benda atau udara yang akan dikondisikan,

penggunaan evaporator jenis ini biasanya seperti AC split, Cold

storage room dan lemari es.

b. Liquid Chilling Evaporator

Liquid chilling evaporator mendinginkan fluida cair

biasanya berupa air atau larutan ari dengan garam. Air yang telah

didinginkan nantinya akan didistribusikan pada wadah yang

dinamakan AHU (khusus untuk AC) untuk mendinginkan

ruangan, atau didistribusikan ke dalam pipa ganda yang

memiliki dua lubang untuk mendinginkan produk cair seperti

susu. Penggunaan liquid chilling evaporator biasanya pada AC

central, pabrik susu dan pabrik es komersial. Tipe evaporator

yang digunakan pada eksperimen ini adalah tipe hellical tube

eavaporator.

15

Gambar 2.11 Hellical Tube Evaporator

2.5 Refrigeran

Refrigeran atau bahan pendingin adalah suatu zat yang

mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya,

dan juga sebagai media pemindah panas dari evaporator

kemudian di pindah ke kondensor. Bahan pendingin banyak

sekali macamnya, tetapi tidak satupun yang dapat dipakai untuk

semua keperluan. Kita perlu mendinginkan dalam beberapa

tingkat temperatur yang berbeda-beda, maka bahan pendingin

hanya dapat dikatakan tepat atau sesuai untuk satu keperluan saja.

Untuk unit refrigerasi hendaknya dapat dipilih jenis refrigeran

yang sesuai dengan jenis kompresor yang dipakai, dan

karakteristik termodinamika antara lain meliputi temperatur

penguapan dan tekanan penguapan serta temperatur pengembunan

dan tekanan pengembunan. Tipe refrigeran yang digunakan pada

penelitian ini adalah R-22.

2.5.1 Macam-macam refrigeran

Refrigeran ada dua macam yaitu refrigeran primer dan

sekunder. Adapun pengertian refrigeran primer adalah refrigeran

yang digunakan dalam sistem kompresi uap. Dan refrigeran

sekunder adalah cairan-cairan yang digunakan untuk membawa

energi kalor bertemperatur rendah dari satu lokasi ke tempat lain.

Nama lain dari sekunder adalah cairan anti beku atau brines

(larutan garam).

16

Klasifikasi refrigeran berdasarkan jenis fluida yang digunakan

yaitu:

1. Fluorocarbon terhidrogenasi (HFC) Refrigeran yang terdiri atas hidrogen, fluorin, dan karbon.

Refrigeran ini tidak merusak lapisan ozon karena tidak

menggunakan atom klor yang digunakan dalam sebagian besar

refrigeran. Namun menimbulkan efek GWP (Global Warming

Potential). Contoh : R134A, R404A, R407C, R507.

2. Terhidrogenasi klorofluorokarbon (HCFC) Refrigeran yang terdiri atas hidrogen, klorin, fluorin, dan

karbon. Refrigeran ini mengandung klorin dan fluorin tapi dalam

jumlah yang sedikit, sehingga tingkat GWP dan ODP (Ozone

Depletion Potential) rendah. Contoh R22, R123, R401A, R403A,

dan R408A.

3. Chlorofluorocarbon (CFC) Refrigeran yang mengandung klorin, fluorin dan karbon.

Refrigeran ini memiliki ODP dan GWP yang tinggi. Contoh R11,

R12, R13, R113, R500, dan R502.

4. HydroCarbon (HC) Refrigeran ini jenis organik karena hanya terdiri atas

hidrogen dan karbon. Sehingga tidak membahayakan lingkungan

namun sangat berbahaya bagi pengguna, sebab mudah terbakar.

Contoh : propana, ethana, dan isobutana.

Tabel 2.1 Sifat termofisik beberapa refrigeran

Parameter R-12 R-22 R-114 R-500 R-502 R-717 R-718

Simbol

kimia CCl2F2 CHClF2 CClF2 - - NH3 H20

Berat

molekul 120.9 86.5 170.9 99.29 112 17 18

Titik didih -29.8 -40.8 3.6 -33.3 -45.6 -33.3 100

17

(0C, 1

atm)

Titik beku

(0C, 1

atm)

-157.8 -160.0

-77.8

Cp/Cv (g) 1.13 1.18

1.31 1.40

Suhu kritik

(0C) 112.2 96.1

132.8

Tekanan

kritik

(kPa)

4115.7 4936.1

1423.4

Panas laten

penguapan

(kJ/kg)

161.7 217.7

1314.2

2.6 Persamaan mencari kerja, daya input, efisiensi

kompressor dan temperatur rata-rata bodi kompresor

Proses kompresi berlangsung dari titik 1 ke titik 2. Pada

siklus teoritis diasumsikan refrigeran tidak mengalami

perubahan kondisi selama mengalir di jalur hisap. Pada proses

ini uap refrigeran pada tekanan evaporasi di kompresi sampai

pada tekanan kondensasi. Proses kompresi diasumsikan

isentropik sehingga pada diagram tekanan entalpi, titik 1 dan

titik 2 berada pada satu garis entropi konstan. Pada titik 2 uap

refrigeran berada pada kondisi superheat. Proses kompresi

memerlukan kerja luar, entalpi uap naik yaitu dari h1 ke h2.

Besarnya kenaikan ini sama dengan besarnya kerja

mekanis yang dilakukan pada uap refrigeran. Dan besarnya

energi yang diperlukan untuk proses kompresi pada siklus

refrigerasi adalah :

18

Gambar 2.12 Langkah kompresi pada kompresor

a. Besarnya laju dari masukan daya (kerja) kompressor

adalah :

( ) (2.1)

Ket: = kerja thermodinamika kompresor (kW)

= laju aliran massa (kg/s)

= entalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg)

= entalpi refrigeran masuk kompresor (kJ/kg)

b. Kerja kompresor juga dapat diketahui dari daya listrik

yang kita berikan ke kompresor, dengan rumus:

(2.2)

Ket: Ẇin = kerja yang masuk ke outdoor (kW)

V = tegangan listrik masuk ke outdoor unit (Volt)

I = kuat arus yang masuk ke outdoor unit (Amper)

φ = faktor daya (asumsi = 0,98)

c. Untuk efisiensi yang dimiliki oleh sebuah kompresor

dapat dirumuskan sebagai berikut:

( ) (2.3)

( )

( ) (2.4)

Ket: = efisiensi isentropi kompresor

= kerja kompresor aktual (kW)

= kerja kompresor ideal (kW)

= entalpi ideal refrigeran masuk mondensor (kJ/kg)

19

= entalpi actual refrigeran masuk kondensor (kJ/kg)


Untuk mendefinisikan kompresor yang baik adalah dengan

cara mengetahui nilai effisiensi kompresor tersebut harus

mendekati 1 (satu).

d. Untuk mencari temperatur rata-rata bodi kompresor

adalah dengan cara mengetahui yang dialami

kompresor dapat dirumuskan sebagai berikut :

Ẇmotor =

+ Ẇuseful (2.5) (2.5)

Ẇin =

+ Ẇc (2.6) (2.6)

= Ẇin – Ẇc (2.7) (2.7)

2.7 Persamaan mencari panas yang dilepaskan oleh

kondensor ke udara sekeliling

Proses 2 – 3 terjadi dikondensor. Uap panas refrigeran

yang keluar dari kompresor didinginkan sampai pada temperatur

kondensasi dan kemudian di kondensasikan. Titik 2 adalah

kondisi refrigeran yang keluar dari kompresor. Pada proses 2-3

ini refrigeran mula-mula berada pada kondisi uap jenuh pada

tekanan dan temperatur kondensasi yang selanjutnya akan

mengalami proses kondensasi uap di dalam kondensor. Proses

kondensasi terjadi pada tekanan konstan. Jumlah panas yang

dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara 2 –3.

Panas total ini berasal dari panas yang diserap oleh refrigeran

yang menguap di dalam evaporator dan panas yang masuk

karena adanya kerja mekanis pada kompresor.

Gambar 2.13 Skema thermodinamika kondensor

20

Besarnya laju perpindahan kalor yang dilepas kondensor adalah :

( ) (2.8) (2.8)

Ket: = laju perpindahan kalor yang dilepaskan kondensor (kW)


= entalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg)

= entalpi refrigeran keluar kondensor (kJ/kg)

2.8 Persamaan mencari kapasitas pendinginan pada

evaporator

Proses 4 – 1 adalah proses penguapan refrigeran pada

evaporator. Proses ini berlangsung pada temperatur dan tekanan

tetap. Pada titik 1 seluruh refrigeran berada pada kondisi uap

jenuh. Selama proses 4 – 1 entalpi yang diserap adalah beda

entalpi antara titik 1 dan titik 4 disebut efek refrigerasi

Gambar 2.14 Gambar sistem pada evaporator

Besarnya efek refrigerasi atau perubahan entalpi pada

proses evaporasi adalah:

( ) (2.9)

Ket: = energi panas yang diserap oleh evaporator (kW)


(2.9)


= entalpi refrigeran masuk evaporator (kJ/kg)

21

2.9 Persamaan- persamaan perhitungan analisis untuk

mengetahui penurunan tekanan di dalam kapiler dan

mencari panjang pipa kapiler

Persamaan-persamaan yang mengaitkan antara keadaan dan

kondisi suatu pipa kapiler akan ditulis dengan menggunakan

notasi-notasi berikut :

A = luas penampang pipa bagian dalam,

D = diameter dalam pipa, m

f = faktor gesekan, tak berdimensi

h = entalpi, kJ/kg

= entalpi cairan jenuh, kJ/kg

= entalpi uap jenuh, kJ/kg

= panjang ruas pipa, m

p = tekana, kPa

Re = bilangan Reynolds =

= volume spesifik, m3/kg

= volume spesifik cairan jenuh, m3/kg

= volume spesifik uap jenuh, m3/kg

V = kecepatan refrijeran, m/det

= laju alir massa, kg/det

x = fraksi uap dalam campuran cairan-uap

= viskositas, Pa.det

= viskositas cairan jenuh, Pa.det

= viskositas uap jenuh, Pa.det

Persamaan konversi massa merumuskan bahwa

(2.10)

Rumus tentang konversi energi adalah

(2.11)

Dengan anggapan bahwa perpindahan kaor ke dalam dan ke luar

pipa diabaikan. Persamaan momentum dalam kata-kata

menyatakan bahwa perbedaan gaya-gaya yang bekerja pada

elemen, yang disebabkan oleh pengurangan kecepatan (drag), dan

22

perbedaan tekanan pada ujung-ujung elemen, sama dengan yang

diperlukan untuk mempercepat fluida.

[( )

] ( ) (2.12)

Pada saat refrijeran mengalir melalui pipa kapiler, tekanan dan

suhu jenuhnya turun secara bertahap, dan fraksi uap (x) naik

secara kontinu. Pada setiap titik,

( ) (2.13)

( ) (2.14)

Untuk mencari V rata-rata digunakan persamaan berikut :

(2.15)

Persamaan yang dipakai untuk faktor gesekan f adalah

( ) (2.16)

Viskositas untuk refrijeran dua-fasa pada suatu posisi tertentu di

dalam pipa adalah fungsi dari fraksi uap, x

( ) (2.17)

Faktor gesekan rata-rata (fm) yang cocok untuk panjang ruas

kapiler adalah :

(2.18)

Semua persamaan telah diketahui kecuali x, yang dapat

diselesaikan dengan persamaan kuadrat

√

(2.19)

Dimana :

( ) (

)

(2.20)

( ) ( ) (

) (2.21)

( ) (

)

(2.22)

23

2.10 Heat Exchanger

Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger) merupakan sebuah

alat yang berfungsi untuk menurunkan dan atau meningkatkan

temperatur sebuah sistem dengan memanfaatkan suatu media

pendingin atau pemanas sehingga kalor dapat berpindah dari

temperatur tinggi ke temperatur rendah.

2.10.1 Konsep Perpindahan Panas Secara Umum

a. Konduksi

Konduksi merupakan perpindahan panas yang melalui zat

perantara tanpa disertai dengan perpindahan bagian-bagian zat

tersebut. Jika pada suatu benda terdapat gradien temperatur,

perpindahan panas akan terjadi dari bagian temperatur yang tinggi

ke temperatur yang lebih rendah. Persamaan 2.7 merupakan

persamaan perpindahan panas secara konduksi.

(2.23)

keterangan:

q = laju perpindahan kalor (kW)

k = konduktivitas termal (W/mK)

A = luas penampang (m)

= gradian suhu ke arah perpindahan panas

b. Konveksi

Konveksi merupakan perpindahan energi antara sebuah

objek dengan lingkungannnya karena adanya pergerakan fluida.

Persamaan umum perpindahan panas secara konveksi adalah :

( ) (2.24)

keterangan :

q = laju perpindahan kalor (kW)

h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2K)

A = luas penampang (m2)

= temperatur pada permukaan benda (K)

= temperatur ambient (K)

24

Koefisien perpindahan panas konveksi yang terjadi pada

aliran internal maupun eksternal dipengaruhi oleh enam variabel

yaitu diameter yang dilalui fluida (Dt dan Ds), konduktivitas

termal fluida (Kf), kecepatan aliran fluida (V), kerapatan massa

ρ k μ p p k p k k

(Cp). Keenam variabel tersebut akan mempengaruhi angka

Reynolds, angka Prandtl, dan angka Nusselt.

2.10.2 Keseimbangan Energi Pada Heat Exchanger

Di dalam menganalisis alat penukar kalor digunakan

hukum pertama termodinamika, dimana menyatakan bahwa

perpindahan kalor rata-rata antara fluida panas sama dengan

perpindahan kalor rata-rata pada fluida dingin.

(2.25)

Dimana :

( ) dan

( ) (2.26)

keterangan :


= panas spesifik (kJ/kgoC)

= temperatur masuk (oC)

c dan h = fluida panas dan dingin

Untuk mempermudah analisis penukar kalor diperlukan

kombinasi laju aliran massa dengan panas spesifik fluida

sehingga menjadi satu kuantitas yang disebut kapasitas panas

rata-rata.

dan (2.27)

2.10.3 Perpindahan Panas Sisi Dalam (Internal Flow)

Perpindahan panas di sisi tube tergantung pada kondisi

aliran yaitu laminar atau turbulen. Kondisi aliran dapat diketahui

dari bilangan reynolds yang digunakan adalah sebagai berikut :

(2.28)

25

Sedangkan, untuk menghitung koefisien konveksi di dalam tube

untuk zona saturated dan superheated dapat dirumuskan sebagai

berikut oleh Dittus-Boelter :

(2.29)

Dimana : n = 0,4 untuk fluida dalam tube mengalami pemanasan

(Ts>Tm)

n = 0,3 untuk fluida dalam tube mengalami

pendinginan (Ts<Tm) dan untuk zona evaporasi dirumuskan

dengan film pool boiling yaitu :

[

( )

( ]

(2.30)

Koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi dalam tube dapat

dirumuskan sebagai berikut :

(2.31)

keterangan :

Re = Reynolds number sisi internal tube

h = koefisien konveksi sisi internal tube (W/m2K)

Nu = Nusselt number sisi internal tube

= laju alir massa sisi internal tube (kg/s)

μ k internal tube

k = konduktifitas thermal (W/K)

Pr = Prandtl number sisi internal tube

2.10.4 Perpindahan Panas Sisi Luar (Eksternal Flow)

Perpindahan panas di sisi eksternal juga tergantung pada

kondisi aliran air pemanas yaitu laminar atau turbulen

berdasarkan debit air yang dipompakan dan propertis air pemanas

berdasarkan temperatur air pemanas. Kondisi aliran dapat

diketahui dari bilangan reynolds yang digunakan adalah sebagai

berikut :

(2.32)

Sedangkan, untuk menghitung koefisien konveksi sisi

eksternal dapat dirumuskan sebagai berikut oleh Churchill dan

Beinstein k y ≥ y :

26

[ ( ) ] [ (

)

]

(2.33)

2.10.5 Metode LMTD (Log Mean Temperature Diference)

Metode yang sering digunakan untuk perancangan alat

sebuah alat penukar panas adalah dengan metode LMTD (Log

Mean Temperature Difference). Persamaan laju perpindahan

panas dengan metode LMTD adalah sebagai berikut :

(2.34)

Dimana :

q = kalor yang dipindahkan (kW)

U = koefisien perpindahan kalor menyeluruh (W/m2K)

A = luas permukaan perpindahan (m2)

= beda temperatur rata-rata (K)

Beda temperatur rata-rata aliran paralel adalah :

( ) ( )

( ) ( ) (2.35)

Gambar 2.15 Tipe Aliran Paralel pada Heat Exchanger

27

2.1 Koefisien Perpindahan Panas Total (Heat Exchanger

Coefficient)

Dengan mengabaikan faktor pengotor pada tube, nilai

overall heat transfer coefficient (U) didapatkan dengan

persamaan :

( )

( )

( )

( ) (2.36)

keterangan :

Uc = koefisien perpindahan panas menyeluruh sisi dingin

(W/m2K)

Uh = koefisien perpindahan panas menyeluruh sisi panas

(W/m2K)

hc = koefisien perpindahan panas konfeksi sisi dingin (W/mK)

hh = koefisien perpindahan panas konfeksi sisi dingin (W/mK)

28

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Analisis Energi Pada Mesin Water Chiller Dasar dari perancangan mesin water chiller ini adalah

sistem kompresi uap dimana data teknis kompressor digunakan

sebagai parameter utama dalam merancang mesin ini. Adapun

parameter utamanya adalah sebagai berikut :

Tabel 3.1 Dasar Perancangan Sistem

No. Parameter Nilai

1 Evaporating temperature 7,2oC

2 Condensing temperature 54,4oC

3 Liquid temperature 46,1oC

4 Return gas temperatur 18,3oC

5 Air yang didinginkan dari 25oC - 18

oC

6 Kapasitas mesin water chiller 6 kW

Dari data-data parameter di atas kita dapat menngetuhui

temperatur dan tekanan di setiap titik dari sistem. Akan tetapi

data-data tersebut masih merupakan data-data asumsi. Analisa

pada tiap komponen pada sistem Kompesi Uap ini menggunakan

hukum Termodinamika I dan kesetimbangan massa yang

digunakan mencari output yang berupa kerja dan panas yang

dikeluarkan maupun yang diterima oleh sistem ini. Persamaan

yang digunakan adalah :

Hukum Kesetimbangan Energi

{

} {

} (3.1)

Hukum Kesetimbangan Massa

(3.2)

29

Dengan menggunagan hukum kesetimbangan di atas maka untuk

memperoleh kapasitas rancangan mesin water chiller adalah :

Dengan kapasitas pendinginan (Qevaporasi) = 19900 Btu/hr = 5,8

kW, maka:

( )

Dengan kata lain kapasitas mesin water chiller adalah sama

dengan kapasitas pendinginan sistem dimana kalor yang

dilepaskan oleh evaporator = kalor yang diserap oleh air.

Dalam tugas akhir ini penulis juga membuat diagram alir

yang digunakan untuk perancangan sistem, diagram alir dalam

merancang dan membuat mesin water chiller dan khususnya

diagram alir dalam merancang alat pemindah panas yaitu

evaporator. Untuk menjadikan mesin itu sebagai sebuah sistem

perancang menyimpulkan hal-hal apa saja yang menjadi paramter

utama dalam sisem tersebut, sedangkan untuk menjadikan mesin

tersebut tidak cukup hanya mengikuti teori yang ada tetapi

banyak hal yang perlu diperhatikan dan ditambahkan berdasarkan

pengalaman di lapangan dan untuk merancang evaporatornya

perancang mengikuti teori-teori yang sudah ada di dalam buku

perpindahan panas dan termodinamika. Diagram alir ini

merupakan rangkaian dari proses untuk merancang yang dibuat

secara berurutan.

30

3.2 Diagram Alir Perancangan Sistem

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Sistem

START

Perumusan Masalah

Studi Literatur

Desain Sistem Kompresi Uap

Input data-data teknis kompresor ke software coolpack

Analisis Termodinamika Tiap Parameter Utama Tekanan, dan Temperatur di tiap titik, dan Laju Alir

Massa Refrigeran

Karakteristik Evaporator (Panjang Evaporator dan Jumah Lilitan) dan

Karateristik Pipa Kapiler

END

Suhu air dari 25o

C menjadi 18o

C

Debit pompa 700 l/jam

VolumAir +

-

31

3.3 Diagram Alir Perancangan Mesin Water Chiller

Berikut ini akan dijelaskan bagaimana tahapan-tahapan

dalam pembuatan mesin water chiller kapasitas 6 kW, sehingga

alat ini nanti bisa bekerja dan dilakukan pengujian.

Mulai

Menentukan Kapasitas Rancangan

Identifikasi dan Analisis Kebutuhan

Pembatasan Permasalahan

Studi

Literatur

Membuat konsep desain awal

Analisis Desain Awal

Bisa

Digunakan

Membuat Desain Akhir

Inventarisasi Komponen

A

Ya

Tidak

32

Sambungan

Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Mesin Water Chiller

Pembuatan Urutan Pengerjaan

Pengadaan Komponen

Pembuatan Alat

Trial Alat

Alat

Bekerja ?

Pengambilan Data

Analisis Kinerja Alat

Selesai

A

Analisis Kegagalan

dan Tindakan Perbaikan

Perlu

penambahan komponen

Ya

Tidak

Kesimpulan

33

3.4 Diagram Alir Perancangan Evaporator

Menghitung Laju Perpindahan Panas Tiap

Region q123

= 𝑚 𝐶𝑝 (𝑇 𝑜 𝑇 𝑖)

Q = A . V

START

Input data-data teknis kompressor

ke software coolpack

Dari software diperoleh grafik

yang menunjukkan : T1, P1; T2, P2; T3, P3; dan T4, P4

Dimensi Evaporator : Dout tube

Temperatur Air = 25o

C Debit Air : Qwater = 700 l/jam

Perencanaan sisi Pemanas (eksternal)

convection untuk : Twater = 25o

C didapatkan

Cp, 𝜇 𝐾 𝑃𝑟 𝑑𝑎𝑛 𝜈

Q T

34

Sambungan

𝑖 𝑁𝑢

𝐷 𝐾

𝐷𝑜 𝑖

𝑁𝑢 𝐷 𝐾

𝐷𝑜 𝑖

𝑁𝑢 𝐷 𝐾

𝐷𝑜

𝑁𝑢 𝐷 𝑅𝑒𝐷

𝑃𝑟 𝑁𝑢 𝐷 𝐶

(𝜌𝑙 𝜌𝑣) 𝑓𝑔𝐷

𝜈𝑣𝐾𝑣(𝑇𝑠 𝑇𝑠𝑎𝑡)

𝑁𝑢

𝐷 𝑅𝑒𝐷 𝑃𝑟

A

Perencanaan Region I (Tm =

6,6o

C) Didapatkan harga

𝜌 𝐶𝑝 𝜇 𝐾 𝑃𝑟

Perencanaan Region II (Tm =

7,2o

C) Didapatkan harga


Perencanaan Region III (Tm =

12,6o

C) Didapatkan harga


𝑅𝑒𝐷 ��𝑐

𝜋 𝐷𝑜 𝜇

𝑅𝑒𝐷 ��𝑐

𝜋 𝐷𝑜 𝜇 𝑅𝑒𝐷

��𝑐

𝜋 𝐷𝑜 𝜇

𝑅𝑒 𝑉 𝐷𝑖𝜈

𝑁𝑢 𝐷

𝑅𝑒 𝑃𝑟

( 𝑃𝑟)

𝑅𝑒𝐷

𝑜 𝑁𝑢

𝐷 𝐾

𝐷𝑜

35

Sambungan

Gambar 3.3 Diagram Alir Perancangan Evaporator

3.5 Mesin Water Chiller

𝑈

𝑜

𝑖

𝐿 𝑞

𝑈 𝜋 𝐷𝑜 𝑇𝐿𝑀𝑇𝐷

𝑈

𝑜

𝑖

𝐿 𝑞


𝑈

𝑜

𝑖

𝐿 𝑞


Hasil Perancangan Bare Spiral Tube Evaporator : Panjang tube ,dan Jumlah lilitan

END

36

Gambar 3.4 Mesin Water Chiller yang Dirancang

3.5.1 Prinsip Kerja Mesin Water Chiller

Mesin ini menggunakan sistem kompresi uap dimana

komponen utama yang digunakan adalah komprsor, kondensor,

pipa kapiler dan evaporator. Untuk evaporator tipe yang

dgunakan adalah hellical tube yang ditaruh di dalam tangki.

Fungsi dari evaporatornya adalah untuk mendinginkan air yang

disirkulasikan dari bak di sebelahnya menggunakan pompa

dengan debit 700 l jam. Tangki 1 berisi evaporator dan tangki 2

berisi air yang akan didinginkan dari suhu 25oC – 18

oC.

3.6 Komponen dan peralatan untuk merancang

3.6.1 Kompresor dan kondensor

Kompresor merupakan salah satu komponen utama dari

refrigerasi kompresi uap yang berfungsi untuk menghisap gas

refrigeran bertekanan rendah dan temperatur rendah yang berasal

dari evaporator masuk ke kompresor melalui saluran suction dan

kemudian menekan / memampatkan gas tersebut sehingga

37

menjadi gas bertekanan tinggi dan temperatur tinggi, lalu

dialirkan melaui saluran discharge ke kondensor. Kompresor

yang digunakan adalah kompresor bertipe Reciprocating.

Pada kondenser, uap refrigeran yang berasal dari

kompresor dengan tekanan dan temperatur tinggi akan melepas

kalor ke lingkungan sehingga terjadi proses kondensasi.Kalor

yang dilepas di kondenser merupakan kalor yang diserap di

evaporator dan kalor dari akibat kerja kompresi.Karena kalor dari

uap refrigeran dilepas ke lingkungan sehingga refrigeran berubah

fasa dari uap menjadi cair saat keluar dari kondenser.Kondenser

yang digunakan adalah kondenser bertipe air colled condenser.

Gambar 3.5 Kompresor dan kondensor

Tabel 3.2 Spesifikasi kompresor dan kondensor

Merek outdor General

Merek kompresor Bristol

Nomor model H24B4QABHA

Fase 1

Voltase 265 V~

Frekuensi 50 Hz

Refrigeran R-22

38

3.6.2 Pipa Kapiler

Pipa kapiler merupakan komponen sistem refrigerasi yang

berfungsi untuk menurunkan tekanan merubah fase dari gas

menjadi fase cair untuk mengatur cairan refrigran yang berasal

dari kondensor. Pipa kapiler yang dipakai adalah pipa kapiler

dengan diameter dalam 0,07 inch

Gambar 3.6 Pipa Kapiler

3.6.3 Evaporator

Evaporator merupakan komponen sistem refrigerasi yang

berfungsi untuk menyerap kalor dari udara sekitar atau beban

kalor yang berada disekitarnya dan menggunakan kalor tersebut

untuk mengubah fasa refrigeran dari cair menjadi uap jenuh

dengan tekanan konstan. Di evaporator, terjadi proses

pendinginan (cooling). Tube yang dipakai untuk merancang

evaporator adalah tube dengan diameter nominal ¼ inch type K.

39

Gambar 3.7 Evaporator

3.6.4 Komponen-komponen Pendukung

Komponen-komponen pendukung sistem refrigerasi

kompresi uap diantaranya adalah:

1. Filter dryer

Filter dryer berfungsi untuk menyaring kotoran yang

mungkin terdapat pada sistem dan juga berfungsi untuk

mengeringkan uap air. Filter dryer ditempatkan pada sisi tekanan

tinggi dari sistem, yaitu saluran liquid line. Pada umumnya filter

dryer dipasang secara non-permanen yang dapat diganti apabila

bahan pengeringnya telah dalam keadaan jenuh.

Filter dryer berisi silica gel yang berfungsi sebagai

penyerap uap air dan screen yang terdiri dari kawat-kawat yang

sangat halus yang berfungsi sebagai penyaring kotoran.

Gambar 3.8 Filter Dryer

40

Tabel 3.3 Spesifik filter dryer

2. Sight Glass

Sight glass berfungsi untuk melihat apakah refrigeran yang

melewati sight glass benar-benar cair atau untuk melihat cukup

tidaknya refrigeran yang mengalir dalam sistem. Alat ini dipasang

setelah filter drier pada liquid line. Sight glass juga berfungsi

sebagai alat indicator yang dapat mengetahui keadaan refrigeran

yang mengalir dalam sistem. Jika sight glass berwarna kuning

berarti refrigeran tidak mengandung uap air, sedangkan jika

berwarna hijau berarti refrigeran mengandung uap air.

Gambar 3.9 Sight Glass

Tabel 3.4 Spesifik Sight glass

Merk Danfos

Tipe Hermatic filter dryer

Range -40°C /+70°C

Inlet dan outlet 1/4 '' dan

1/4 ''

Merk Danfos


1/4''

41

3. Pressure Gauge

Pressure gauge adalah alat bantu mekanik yang berfungsi

sebagai penunjuk tekanan kerja pada sistem, namun tekanan yang

diukur bukan tekanan absolute melainkan adalah tekanan gauge.

Manifold gauge ini terdiri dari 2 jenis, yaitu high pressure gauge

dan low pressure gauge.

Gambar 3.10 Low Pressure Gauge dan High Pressure Gauge

4. High Low Pressure Stat

High Low Pressure Stat berfungsi untuk menjaga tekanan

berlebih dalam sistem (tekanan terlalu tinggi atau terlalu rendah).

Dapat digunakan juga sebagai pengatur jalannya fan kondensor

ataupun kompresor, jenis dari Pressurestat antara lain:

a. High Pressure Stat (HP)

b. Low Pressure Stat (LP)

c. High and Low Pressure Stat (HLP)

Sedangkan komponen pendukung kelistrikan adalah alat

yang prinsip kerjanya menggunakan daya listrik sebagai power

penggeraknya. Alat kontrol ini nantinya hanya akan mengunakan

sistem kelitrikan.

42

Gambar 3.11 High Low Pressure

Tabel 3.5 Spesifik High Low Pressure

5. Heater

Heater berfungsi untuk memanaskan air di dalam drum

atau bak sebagai beban pendigninan buatan.

Gambar 3.12 Heater

Merk Danfos

Settingan range high pressure 8 bar – 30 bar

Settingan range low pressure 0 bar – 7,5 bar

Inlet 1/4''

43

Tabel 3.6 Spesifik heater

6. Hand Valve

Hand Valve berfungsi untuk membuka dan menutup aliran

refrijeran

Gambar 3.13 Hand Valve

Tabel 3.7 Spesifik hand valve

7. Flowmeter

Flowmeter berfungsi untuk mengetahui laju aliran dari

refrigran dibutuhkan untuk data perhitungan dalam percobaan.

Merk water wasser

daya 2000 watt

Made in Germany

Merk Danfos


1/4''

44

Gambar 3.14 Flowmeter

Tabel 3.8 Spesifik flowmeter

8. Tangki

Tangki berfungsi untuk menyimpan air dan tempat

evaporator. Drum 1 berisi air panas yang berasal dari heater

sebagai beban buatan yang akan disirkulasikan ke drum 2 yang

berisi evaporator untuk mendinginkan beban air panas yang

berasal dari drum 1

Gambar 3.15 Tangki

Merk Rota

Range 0 – 0,07 L/s

45

Tabel 3.9 Spesifik tangki (bak)

9. Pompa

Pompa pada sistem Water Chiller berfungsi untuk

mensirkulasikan air di dalam drum (bak) agar beban pendinginan

yang terjadi tetap konstan.

Gambar 3.16 Pompa

Tabel 3.10 Spesifik pompa

Volume tangki (bak) 200 liter

Tinggi 90 cm

Merk DAB vista

Nomer model AQUA-125C

Maksimal kapasitas 42 Liter/menit

Suction head 9 meter

Discharge head 24 meter

Total head 33 meter

Daya 125 watt

voltase 220 V~

46

10. Thermostat Digital

Thermostat digunakan untuk mengukur suhu air di dalam

tangki sekaligus sebagai indikator untuk mematikan kompressor

secara otomatis.

Gambar 3.17 Thermostat Digital

Tabel 3.11 Spesifik Termostat Digital

Front panel size 75 x 34,5 mm

Mounting size 71,29 mm

Sensor Length 1 m (include the probe)

Temperature measurung range -50 – 99oC

Resolution 0,1oC

Accuracy 1oC (-50 – 70oC)

Ambient temperature 0 – 60oC

Storage temperature -30 – 75oC

Frekuensi 50 Hz

fase 1

RPM 2850

47

Sensor error delay 1 minute

Power suply 220VAC 10%, 50/60

Hz

11. Termometer Air Raksa

Termometer air raksa juga digunakan untuk mengukur

suhu air

Gambar 3.18 Termometer Air Raksa

12. Inverter

Inverter disini digunakan untuk merubah daya pompa

agar dihasilkan debit air pada 700 l /jam

Gambar 3.19 Inverter

48

Tabel 3.12 Spesifikasi Inverter

Part Number ACS 150-01E-04A7-2

Input curent 11,4 A

Input Voltage 200/240V single phase +-10%

at 50/60Hz

13. Flowmeter

Digunakan untuk mengukur debit air agar sesuai dengan

parameter rancangan.

Gambar 3.20 Flowmeter Air

Tabel 3.13 Spesifikasi Flowmeter Air

Type Panel Mount

Merk TKS M-20

Minimum Reading 2 GPM atau 8 LPM

Maximum Reading 10 GPM atau 40 LPM

Lubang Koneksi / ”

49

14 Data akuisi

Digunakan untuk mendapatkan nilai-nilai temperatur di

tiap-tiap titik pengukuran

Gambar3.21 Data Akuisisi

14. Pipa PVC

Pipa ini digunakan usebagai sambungan pompa untuk

mentransportasikan air. Pipa yang digunakan berdiameter 1 inch,

type AW dengan ketebalan pipa 2,1 mm

Gambar 3.22 Pipa PVC

50

16. Clamp-on Ammeter Digital

Clamp-on Ammeter merupakan alat ukur yang berfungsi

untuk mengukur tegangan dan arus listrik yang mengalir pada

sistem.

Gambar 3.23 Clamp-on Ammeter Digital

3.7 Jadwal dan Rencana Kegiatan

Tabel 3.14 Tabel Jadwal dan Rencana Kegiatan

Minggu

Kegiatan

Agustus

2017

Kegiatan

Septembe

r 2017

Kegiata

n

Oktobe

r 2017

Kegiata

n

Novem

ber

2017

Kegiatan

Desembe

r 2017

Mggu 1 Studi

Literatur

dan

Analisis

data

Rancanga

n

Belanja

kompone

n dan

peralatan

yang

diperluka

n

Rancang

Bangun

Alat

Pengujia

n Mesin

Pengambi

lan Data Mggu 2

Mggu 3 Membuat

Laporan Mggu 4

51

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Teknis

Dari data teknis kompressor di bawah ini :

Tabel 4.1 Data teknis kompresssor

Diperoleh data-data seperti evaporating temperature,

condensing temperature, ambient temperature, liquid temperature

dan return gas temeperature, dari data-data tersebut penulis mulai

merancang mesin water chiller dengan terlebih dahulu meng-

input data-data tersebut ke software coolpack untuk mempeoleh

data-data lain yang diperlukan. Data-data tersebut merupakam

data-data asumsi yang digunakan untuk merancang.

52

a

Gambar 4.1 Diagram p-h dari data teknis kompresor

4.2 Data-data Rancangan

Berikut adalah data – data asumsi yang digunakan untuk

merancang mesin water chiller yang diperoleh dari diagram p-h

data teknis kompresor :.

Tekanan keluar evaporator (P1) = 6,2 bar

Tekanan masuk kondensor (P2) = 22 bar

Tekanan keluar kondensor (P3) = 22 bar

Tekanan masuk evaporator (P4) = 6,2 bar

Temperatur keluar evaporator (T1) = 15 0C

Temperatur masuk kondensor (T2) = 85 0C

Temperatur keluar kondensor (T3) = 46 0C

Temperatur masuk evaporator ( T4) = 6 0C

Tegangan = 220 V

Cos phi = 0,98

4.3 Konversi Tekanan

Konversi satuan tekanan dilakukan untuk memudahkan

dalam pencarian properti refrijeran.

53

Tekanan keluar evaporator (P1)

P1 = 6,2 bar = 89.92 psi

Tekanan masuk kondensor (P2)

P2 = 22 bar = 319,083 psi

Tekanan keluar kondensor (P3)

P3 = 22 bar = 319,083 psi

Tekanan masuk evaporator (P4)

P4 = 6,2 bar = 89,92 psi

4.4 Mencari properti Refrigerant

Untuk menghitung semua yang telah disebutkan

sebelumnya, membutuhkan properti refijeran di berbagai titik :

Titik 1 (keluar evaporator / masuk kompresor )

T1 = 15 oC

P1 = 6,2 bar

Dengan nilai T1 = 15 oC dan nilai P1 = 6,2 bar, maka

didapatkan dari diagram p-h nilai sebagai berikut:

h1 = 418 kJ/kg

s1 = 1,77 kJ/kg.K

Titik 2 (keluar kompresor / masuk kondensor)

T2 = 85 oC

P2 = 22 bar

Dengan nilai T2 = 85 oC dan nilai P2 = 22 bar maka


h2 = 448 kJ/kg

s2 = 1,77 kJ/kg.K

Titik 3 (keluar kondensor / masuk pipa kapiler)

T3 = 46 oC

P3 = 22 bar

Dengan nilai T3 = 46 oC dan nilai P3 = 22 bar, maka


h3 = 258 kJ/kg

s3 = 1,18 kJ/kgK

Titik 4 (keluar pipa kapiler / masuk evaporator )

T4 = 6 oC

54

P4 = 6,2 bar

Dengan nilai T4 = 6 oC dan nilai P4 = 6,2 bar, maka


h3 = h4 = 258 kJ/kg

s4 = 1,21 kJ/kg.K

4.5 Analissis Rancangan dengan Termodinamika

4.5.1 Laju aliran massa refrigeran ( )

Pada sistem, pemgkondisian udara yang tela h dimodifikasi

ini diasumsikan steady flow sehingga laju aliran massa refrigeran

selalu konstan. Untuk mendapatkan laju aliran massa refrigeran

( ) dapat menggunakan rumus:

4.5.2 Evaporator ( )

Besarnya panas yang diserap refrigeran pada evaporator

dapat diketahui dengan mengalikan laju aliran massa refrigeran

dengan selisih entalpi pada evaporator. Besarnya panas yang

diserap oleh evaporator ini disebut juga sebagai kapasitas

pendinginan yaitu

55

4.5.3 Daya input Kipas ( )

Besarnya daya input kipas ( ) adalah 90 Watt = 0,09

kW

5.5.4 Kerja Kompresor ( )

Kerja kompresor dihitung berdasarkan perkalian besarnya

tegangan dan arus listrik yang mengalir pada saat kompresor

k k φ

besarnya kerja kompressor adalah :

= Motor input – daya input kipas ( )

= 2,190 kW – 0,09 kW

= 2,1 kW

4.5.5 Kondenser ( )

Laju perpindahan kalor dari refrigeran per satuan massa

dari aliran refrigeran adalah :

( ) ( )

4.5.6 Kerja Pompa ( )

Besarnya kerja /daya yang dibuthkan oleh pompa untuk

mensirkulasikan air dengan debit 700l/h adalaha :

= 220 V x 0,16 A x 0,98

= 34,732 Watt = 0,0347 kW

4.5.7 Efisiensi Kompresi Kompresor ( )

Dengan mengasumsikan effisien kompresor sebesar 80%

maka

56

=

0,80 (448– 418 ) = – 418

24 = – 418

=

4.5.8 Heat Rejection Ratio (HRR)

Heat Rejection Ratio adalah perbandingan antara panas

yang dibuang oleh sistem dengan panas yang diserap oleh sistem.

Dalam hal ini, panas dibuang oleh kondensor dan diserap oleh

evaporator.Nilai dari Heat Rejection Ratio diperoleh dengan

membandingkan nilai Q kondensor dengan nilai Q evaporator.

1,18

4.5.9 Coeffecient of Performance (COP)

Nilai COP yang dihitung pada penelitian ini adalah nilai

COP ideal yang diperoleh dengan membagi antara panas yang

diserap oleh refrigeran pada evaporator ( ) dengan hasil

penjumlahan kerja nyata kompresor pada sistem refrigerasi ( )

dan kerja pompa ( ) .

57

(

)

4.6 Perancangan Evaporator

Kondisi evaporator yang dirancang adalah sebagai berikut :

Gambar 4.2 Rancangan Evaporator

Gambar di atas menunjukkan bahwa evaporator yang

dirancang akan dikondisikan tercelup dalam sebuah tangki

dengan volume 200 l. Fluida kerja akan mengalami perubahan

fasa sepanjang evaporator, sehingga analisa untuk mendapatkan

dimensi dari evaporator dibagi menjadi 3 region. Region I adalah

zona cair jenuh dimana refrijeran akan mengalami pemanasan

sensibel dari kondisi awal yaitu 6oC hingga mencapai temperatur

7,2oC pada tekanan kerja 6,2 bar.

58

Region II adalah zona evaporasi dimana refrigeran akan

mengalami pemanasan laten sehingga akan berubah dari kondisi

cair jenuh menjadi uap jenuh. Region III adalah zona superpanas

dimana refrigeran mengalami pemanasan lanjut hingga

temperatur 18oC. Dimana tiap zona tidak terdapat penurunan

tekanan dan bekerja pada tekanan 6,2 bar. Dengan membagi tiga

zona, maka untuk mengetahui tingkat kondisi dapat dilakukan

analisa termodinamika yakni analisa kesetimbangan energi.

4.6.1 Analisa Termodinamika Pada Evaporator Dengan

Temperatur Air 25oC

Analisa heat balance digunakana untuk menentukan

temperatur keluar fluida air pada tiap zona dengan menggunakan

hukum termodinamika I. Berikut kondisi temperatur masuk

maupun keluar pada tiap zona dengan temperatur air 25oC.

Gambar 4.3 Grafik Analisa Heat Balance Air dan Refrigeran

REGION I

REGION II REGION III

7,2oC

6oC

25oC Sisi Air

Sisi Refrigeran

18oC

15oC

59

*Garis merah = temeperatur air

*Garis biru = temperatur refrigeran

Dari gambar distribusi temperatur diatas terlihat ada

kenaikan temperatur pada sisi refrijeran dan penurunan suhu pada

sisi air. Adapun besar laju perpindahan panas pada fluida kerja

(refrijeran) tiap zona dapat dihitung sebagai berikut :

Pada zona saturated

= 0,036 kg/s . 1,185 kJ/kgK . (7,2oC – 6

oC)

= 51,192 W

Pada zona evaporasi

= 0,036 kg.s . 150000 J/kg

= 5400 W

Pada zona super panas

= 0,036 kg/s . 0,79859 kJ/kgK . (18oC – 7,2

oC)

= 310,491 W

Hasil perhitungan tiap zona di atas di tampilkan dalam bentuk

tabel di bawah ini

Tabel 4.2 Suhu air dan refrijeran pada tiap zona

Refrigeran 22

Saturated

water Evaporasi Superheat

Tin [oC] 6 7,2 7,2

Tout [oC] 7,2 7,2 18

60

Q [Watt] 51,192 5400 310,491

Air Pemanas

Saturated

Water Evaporasi Superheat

Tin [oC] 25 - -

Tout [oC] - - 18

Dari tabel untuk air pada temperatur 25oC digunakan properties

dari software refprop sebagai berikut :

Massa jenis, = 997,00 kg/m3

Viskositas, = 0,00089004 Ns/m2

Konduktivitas thermal, k = 0,60715 W/mK

Kalor spesifik, Cp = 4,1816 kJ/kg K

Prandtl number, Pr = 6,1299

4.6.2 Karakteristik Permukaan Sisi Refigeran R22 (Cold

Side)

Material tube yang digunakan untuk perancangan

evaporator ini adalah tembaga (copper) dengan ukuran nominal ¼

inch type K.

Diameter luar, do = 3/8 inch = 0,0095 m

Diameter dalam, di = 0,305 inch = 0,007 m

4.6.3 Perbandingan TLMTD pada Evaporator

Dalam menghitung beda temperatur rata-rata logaritmik

terlebih dahulu menentukan tipe aliran. Tipe aliran pada bare tube

spiral evaporator yang dirancang adalah tipe paralel flow. Untuk

mendefinisikan besarnya TLMTD untuk setiap region maka

diperlukan perhitungan untuk angka melalui persamaan balans

energi untuk masing-masing region. Dari gambar diatas maka

61

harga TLMTD untuk masing-masing region dapat diketahui

pada tabel perhitungan di bawah ini :

Tabel 4.3 TLMTD Air dan Refrijeran

Region I

(Saturated)

Region II

(Evaporasi)

Region III

(Superheat)

Tci [oC] 6 7,2 7,2

Thi [oC] 25 25 25

Tco [oC] 7,2 7,2 18

Tho [oC] 25 25 25

Δ – Tci) 19 17,8 17,8

Δ –

Tco) 17,8 17,8 7

TLMTD 18,4 17,8 11,57

4.6.4 Analisis Perpindahan Panas

Untuk rancangan evaporator ada 2 tipe evaporator ada yang

akan dimodelkan yaitu tipe pipa lurus dan hellical tube, dari

kedua model ini akan dipilih salah satu tipe untuk dijadikan

evaporator rancangan, sebelum menentukan tipe yang akan

dipilih terlebih dahulu dilakukuan analisis terhadap masing-

masing tipe.

4.6.4.1 Tipe Pipa Lurus

a. Analisis Perpindahan Panas Sisi Eksternal (Hot Side)

Properti Fluida

Dari data temperatur dan tekana kondisi masuk dan keluar

evaporator pada fluida pendingin telah ditetapkan. Dengan

menggunakan software Refrop pada kondisi temperatur yakni

didapatkan propeties sebagai berikut :

62






Viskositas Kinematik, ν = 1,0412 x 10-6

m2/s

α = 1,4255 x 10-7

m2/s

Menghitung Koefisien konfeksi Sisi Eksternal dengan debit

pompa (Q) pompa 700 liter/jam = 11,67 liter / menit = 0,194 kg/s

yang disirkulasikan dengan menggunakan pompa di dalam tangki

berdiameter D = 0,57 m dan tinggi 0,9 m . Dan dengan

mengasumsikan perpindahan panas terjadi melalui tube tembaga

berdindinding tipis maka terlebih dahulu mencari kecepatan aliran

air yang mengalir di dalam tangki dengan cara sebagai berikut :

Volume Tangki Kosong = 200 l = 0,2 m3

Volume Koil ( )

Volume Tangki Tanpa Koil

= Volume Tangki Kosong – Volume Koil

Volume Tangki Tanpa Koil = A x H ( )

63

Dari persamaan Laju alir massa air ( ) maka

laju aliran air (V)

( )

Diameter hydraulic ( )

( ) (

)

Bilangan Reynolds

=

= 476,376

Bilangan Nusselt

( )

=

[ ( ) ] [ (

)

]

= 25,883

Koefisien Konveksi

=

= 27,387 W/m

2K

64

b. Analisis Perpindahan Panas Sisi dalam Tube (Cold

Side)

Perencanaan Region I (Zona Saturated)

Properti Fluida

Dengan menggunakan software refrop didapatkan

properties fluida kerja pada kondisi

, P =

6,2 bar sebagai berikut :

Massa jenis, = 1258,7 kg/s





Bilangan Reynolds

=

= 32577,557

Bilangan Nusselt

= 137,484

Koefisien Konveksi

65

=

= 1802,533 W/m2K

Koefisien Perpindahan Panas Total

= 26,977 W/m2K

Perhitungan dimensi panjang tube perpindahan panas total zona

saturaed

=

= 15,186 m

Perencanaan Region II (Zona Evaporasi)

Properti Fluida


properties fluida kerja pada kondisi , P = 6,2 bar

sebagai berikut :

Massa jenis, = 1256,6 kg/m3 dan = 26,504 kg/m

3

Viskositas = 0,00019970 Ns/m2 dan = 0,000011674

Ns/m2

66

Konduktivitas thermal, = 0,091506 W/mK dan =

0,0099080 W/mK

Prandtl number, = 2,5978 dan = 0,90899

= 199,09 kJ/kg

Viskositas kinematik, = 1,5892 x 10-7

m2/s dan = 4,406 x

10-7

m2/s

= 210076,017 kJ/kg

Bilangan Reynolds

=

= 32789,629

Bilangan Nusselt

( )

(

( ) ( )

( )

= 201,650

Koefisien Konveksi

=

= 2636,026 W/m2K

67


= 27,105 W/m2K


saturated :

=

= 508,95 m

Perencanaan Region III (Zona Superheat)

Properti Fluida

Dengan menggunakan software refrop didapatkan properties

fluida kerja pada kondisi

, P = 6,2 bar

sebagai berikut :






68

Bilangan Reynolds

=

= 341936,767

Bilangan Nusselt

= 595,624

Koefisien Konveksi

=

= 877,183 W/m2K


= 26,557 W/m2K

69


superheat

=

= 47,20 m

Dari perhitungan panjang untuk tiap region dengan beban

pendinginan T = 25oC dan debit pompa (Q) pompa =11,67 l/menit

diperoleh panjang total evaporator adalah Ltotal = 15,186 m +

508,95 m+ 47,20 m = 571,33 m. = 572 m

Dengan menambahkan safety factor sebesar 15% dari

panjang total maka panjang tube yang dibutuhkan untuk

evaporator adalah 657,8 m dibulatkan menjadi 658 m.

4.6.4.2 Tipe Hellical

a. Analisis Perpindahan Panas Sisi Eksternal (Hot Side)

Properti Fluida

Dari data temperatur dan tekana kondisi masuk dan keluar

evaporator pada fluida pendingin telah ditetapkan. Dengan

menggunakan software Refrop pada kondisi temperatur yakni

didapatkan propeties sebagai berikut :




70



Viskositas K k ν = 1,0412 x 10-6

m2/s

α = 1,4255 x 10-7

m2/s

Menghitung Koefisien konfeksi Sisi Eksternal dengan debit

pompa (Q) pompa 700 liter/jam = 11,67 liter / menit = 0,194 kg/s

yang disirkulasikan dengan menggunakan pompa di dalam tangki

berdiameter D = 0,57 m dan tinggi 0,9 m . Dan dengan

mengasumsikan perpindahan panas terjadi melalui tube tembaga

berdindinding tipis maka terlebih dahulu mencari laju alir massa

air yang mengalir di dalam tangki dengan cara sebagai berikut :

Q = A x V

/ π x 2 x V

1,94 x 10-4

m3/s = 0,228 m

2 x V

V = 8,508 x 10-4

m/s

Laju alir massa air ( )

Bilangan Reynolds

=

= 441,252

Bilangan Nusselt

( )

71

=

[ ( ) ] [ (

)

]

= 24,915

Koefisien Konveksi

=

= 2120,337 W/m

2K

b. Analisis Perpindahan Panas Sisi dalam Tube (Cold Side)

Perencanaan Region I (Zona Saturated)

Properti Fluida


properties fluida kerja pada kondisi

, P =

6,2 bar sebagai berikut :

Massa jenis, = 1258,7 kg/s





Bilangan Reynold

=

= 32577,557

72

Bilangan Nusselt

= 137,484

Koefisien Konveksi

=

= 1802,533 W/m2K



saturaed

=

73

Perencanaan Region II (Zona Evaporasi)

Properti Fluida


properties fluida kerja pada kondisi , P = 6,2 bar

sebagai berikut :

Massa jenis, = 1256,6 kg/m3 dan = 26,504 kg/m

3

Viskositas, = 0,00019970 Ns/m2 dan = 0,000011674

Ns/m2

Konduktivitas thermal, = 0,091506 W/mK dan =

0,0099080 W/mK

Prandtl number, = 2,5978 dan = 0,90899

= 199,09 kJ/kg

Viskositas kinematik, = 1,5892 x 10-7

m2/s dan = 4,406 x

10-7

m2/s

= 210076,017 kJ/kg

Bilangan Reynolds

=

= 32789,629

Bilangan Nusselt

( )

(

( ) ( )

( )

= 201,650

74

Koefisien Konveksi

=

= 2636,026 W/m2K


= 1175,112 W/m2K


saturated :

=

= 11,739 m = 12m

Perencanaan Region III (Zona Superheat)

Properti Fluida

75

Dengan menggunakan software refrop didapatkan properties

fluida kerja pada kondisi

, P = 6,2 bar

sebagai berikut :






Bilangan Reynolds

=

= 341936,767

Bilangan Nusselt

= 595,624

Koefisien Konveksi

=

= 877,183 W/m2K

76


= 620,487 W/m2K

Perhitungan dimensi panjang tube perpindahan panas

total zona superheat

=

= 2,02 m = 3m

Dari perhitungan panjang untuk tiap region dengan beban

pendinginan T = 25oC dan debit pompa (Q) pompa =11,67 l/menit

diperoleh panjang total evaporator adalah Ltotal = 0,15 m + 12

m+ 3 m = 15,15 m. = 16 m

4.6.4.3 Kesimpulan Pemilihan

Dari hasil analisis perpindahan panas untuk tiap-tiap tipe,

maka penulis memilih tipe hellical untuk dijadikan evaporator

melihat panjang tube untuk tipe hellical jauh lebih pendek

daripada tipe lurus. Hal ini disebabkan nilai Koefisien

Perpindahan Panas Total ( ) pada tipe pipa lurus jauh lebih

kecil nilainya daripada tipe hellical. Karena panjang tube tipe

hellical jauh lebih pendek daripada tipe pipa lurus otomatis biaya

perancangan menjadi lebih murah

77

Dengan menambahkan safety factor sebesar 15% dari

panjang total maka panjang tube yang dibutuhkan untuk

evaporator adalah 18,4 m dibulatkan menjadi 19 m.

Dengan panjang tube 19 m maka jumlah lilitan yang dibuat

adalah :

4.7 Perancangan Kapiler

Material yang digunakan untuk membuat perancangan

kapiler adalah tembaga (copper) Part No. TC-70 dengan inside

diamter 0,07inch = 0,001778 m

Data-data yang diperoleh dari pada titik 3 dan titik 4 yaitu :

Tekanan keluar kondensor (P3) = 22 bar

Tekanan masuk evaporator (P4) = 6,2 bar

Temperatur keluar kondensor (T3) = 46 0C

Temperatur masuk evaporator ( T4) = 6 0C

Kondisi di titik 3 dengan T3 = 46oC dan P3 = 22 bar diperoleh

dari software refrop :

= 0,00093245 m3/kg

= 0,011045 m3/kg

= 266,05 kJ/kg

= 417,56 kJ/kg

= 0,00011992 Pa.s

= 0,000014219 Pa.s

= 0,037 kg/s

78

Kondisi di titik 4 dengan T4 = 6oC dan P4 = 6,2 bar diperoleh dari

software refrop :

= 0,00079313 m3/kg

= 0,039125 m3/kg

= 207,09 kJ/kg

= 407,20 kJ/kg

= 0,00020232 Pa.s

= 0,000011621 Pa.s

= 0,037 kg/s

Diameter dalam pipa kapiler adalah 1,7788 x 10-3

m, dengan

begitu luas penampang pipa kapiler adalah :

( )

Untuk mencari panjang lilitan pipa kapiler dengan menggunakan

persamaan :

( ) [ ( ) ]

79

Dengan :

√

Dimana :

( )

( )

=163395,441

( ) ( )

(

) + 0,00079313 m

3/kg (0,039125

m3/kg - 0,00079313 m

3/kg)(

)

= 206871,675

( )

(

)

( )

Maka diperoleh nilai x :

√

80

( )

( )

( )

( )

( )

( )

=20,821m/s

Bilangan Reynolds

= 221098,388

81

Faktor Gesekan

Dengan menggunakan persamaan di bawah ini :

( )

( )

[( )

(

)

]

( )

82

Dibulatkan menjadi 2 meter.

4.8 Hasil Pengujian

Setelah mesin water chiller dibangun, peneliti mencoba

mengambil data untuk menegetahui performa dari mesin tersebut.

Dimana pengambilan data dilakukan setiap 5 menit. Pengambilan

data dilakukan selama setengah jam karena data untuk air sudah

tidak mengalami perubahan mulai dari menit ke 15 sampai menit-

menit selanjutnya.Data diambil pada saat mesin bekerja normal

pada tekanan kerja AC Split pada umumnya yaitu pada tekanan

masuk kompressor (P1) =70 psi dan arus listrik 8,3 A. Terlihat

adanya perbedaan dari data-data rancangan sebelumnya. Dimana

pada keadaan aktual penurunan tekanan yang terjadi pada

kondensor (titik 2 - 3 ) dan evaporator (titik4 -1) masing-masing

adalah 10 psi dan 12 psi . Temperatur sistem aktual di setiap titik

berubah dari temperatur rancangan begitu juga dengan laju alir

massa refrigeran ( ) dan volume air yang didinginkan

adalah 170liter.

4.9 Analisis Data Aktual

Dari data-data aktualdi-input ke dalam software coolpack

untuk mengetahui diagram p-h nya.

83

Gambar 4.4 Diagram p-h data aktual rancangan

Dari data-data average rancangan aktual diatas diperloeh

properti refijeran di berbagai titik :

Titik 1 (keluar evaporator / masuk kompresor )

T1 = 23,3 oC

P1 = 4,826 bar

Dengan nilai T1 = 23,3 oC dan nilai P1 = 4,826 bar, maka


h1 = 422,05 kJ/kg

s1 = 1,813 kJ/kg.K

Titik 2 (keluar kompresor / masuk kondensor)

T2 = 108,64 oC

P2 = 18,56 bar

Dengan nilai T2 = 108,64 oC dan nilai P2 = 18,56 bar

maka didapatkan dari diagram p-h nilai sebagai berikut:

h2 = 472,92 kJ/kg

s2 = 1,847 kJ/kg.K

84

Titik 3 (keluar kondensor / masuk pipa kapiler)

T3 = 29,28 oC

P3 = 17,909 bar



h3 = 235,66 kJ/kg

s3 = 1,1203 kJ/kgK

Titik 4 (keluar pipa kapiler / masuk evaporator )

T4 = 4,78 oC

P4 = 5,613 bar



h4 = 235,99 kJ/kg

s4 = 1,231 kJ/kg.K

4.9.1 Evaporator ( )

( )

( )

4.9.2 Daya input kompresor ( )

( )

( )

4.9.3 Daya input Kipas ( )

Besarnya daya input kipas ( ) adalah : 90 Watt = 0,09

kW

4.9.4 Perhitungan Kondenser ( )

Laju perpindahan kalor dari refrigeran per satuan massa

dari aliran refrigeran adalah :

85

( )

( )

4.9.5 Heat Rejection Ratio (HRR)

1,27

4.9.6 Coeffecient of Performance (COP)

Nilai COP yang dihitung pada penelitian ini adalah nilai

COP aktual yang diperoleh dengan membagi antara panas yang

diserap oleh refrigeran pada evaporator ( ) dengan hasil

penjumlahan kerja nyata kompresor pada sistem refrigerasi ( )

ditambah kerja kipas ( )dan kerja pompa ( ) .

(

)

86

4.10 Analisis Termodinamika Rancangan Vs Hasil

Pengujian

Berikut ditabelkan analisis termodinamika rancangan vs

hasil pengujian

Tabel 4.4 Analisis termodinamika rancangan vs hasil pengujian :

No Rancangan Aktual

1 = 0,036 kg/s = 0,025 kg/s

2 = 5,8 kW = 4,65 kW

3 = 2,1 kW = 1,27 kW

4 = 6,84 kW = 5,93 kW

5 HRR = 1,18 HRR = 1,27

6 COP = 2,6 COP = 3,33

87

BAB V

PENUTUP

2.1 Kesimpulan

Pembahasan rancang bangun mesin water chiller kapsitas

6 kW telah menghasilkan data-data aktual hasil pengujian.

Berdasarkan data-data aktual tersebut dapat diperoleh kesimpulan

sebagai berikut:

1. Dengan evaporator sepanjang 20 m terjadi penurunan

tekanan sebesar 12 psi dari titik 4 menuju titik 1 dan

penurunan tekanan sebesar 178 psi dari titik 3 ke titik 4

dengan menggunakan pipa kapiler diameter dalam 0,07

inch dan panjang 2 m.

2. Dari hasil analisis termodinamika terlihat bahwa

perpindahan kalor ke refrijeran melalui evaporator hanya

mencapai 4,65 kW untuk mendinginkan air dari temperatur

25oC menjadi 18

oC dengan volume 170 l dan debit pompa

700 l/jam

3. Nilai rancangan sangat signifikan berbeda dengan

hal ini dikarenakan pengujian dilakukan pada tekanan

kerja AC Split normal. Kompresor tidak dapat bekerja

secara maksimal mengingat kompressor yang digunakan

bukanlah kompressor baru.

88

4. Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan

bahwa semakin besar yang ingin dicapai maka semakin

sedikit volume air yang mampu untuk didinginkan dengan

debit pompa yang sama.

5. Data Spesifikasi Evaporator

Dengan besar laju perpindahan panas Evaporator yang

didesain yakni 5,8 kW, maka ditentukan dimensi dan

kondisi Heat Exchanger tipe Hellical Tube sebagai berikut

:

Kondisi Operasional

Jenis Fluida Refrigeran -22

Mass Flowrate 0,036 kg/s

Temperatur Kerja 6oC – 18

oC

Temperatur Air 25oC

Konstruksi Tube

Bahan Tembaga

Do x t 0,0095 m x 0,0025 m

Jarak Pitch 0,04 m

Jumlah lekukan (N) 13

Panjang tube 20 m

Tinggi tube 0,62 m

Detail Konstruksi

Panjang total 20 m

89

Panjang subcool 0,15 m

Panjang evaporasi 12 m

Panjang superheat 3 m

Diameter evaporator 0,57 m

5.2 Saran

Berdasarkan hasil rancangan yang dilakukan terdapat

beberapa hal yang perlu diperbaiki untuk mendapatkan hasil

penelitian yang lebih baik pada penelitian selanjutnya. Beberapa

saran yang dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan antara

lain:

1. Perlu diperhatikan data-data asumsi yang dipakai

untuk merancang harus seakurat mungkin untuk

menghindari terjadinya kesalahan dalam merancang

2. Komponen-komponen dan peralatan yang digunakan

untuk merancang sebaiknya menggunakan bahan-

bahan berkualitas bagus

3. Alat ukur yang dipakai sebaiknya dikalibrasi terlebih

dahulu agar mendapatkan hasil pengujian yang akurat

4. Sebaiknya perlu menambahkan komponen-komponen

safety dalam rancangan agar tidak terjadi hal-hal

yang diinginkan, seperti kebocoran atau bahkan

sampai kerusakan pada sistem

90

5. Saat merancang perlu melengkapi diri dengan APD

dan disarankan untuk tidak bekerja di malam hari.

91

DAFTAR PUSAKA

Incropera, F.P & Dewitt, D.P, (1990), Fundamental of Heat

and Mass Transfer, John Willey and sons, New York

Kays, W.M., & London, A.L., 1984., Compact Heat

Exchanger, 3rd ed, Mcgraw-Hill, New York

Kuppan Thulukkman (2013), Heat Exchanger Design

Handbook, 2rd edition, CRC Press, Taylor & Francis Group

Willbert F.Stoecker., Jerold W. Jones & Supratman Hara,

Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, edisi kedua, Penerbit

Erlangga, Jakarta

Michael J, & Howard N. Saphiro, Termodinamika Teknik, edisi

keepat, Penerbit Erlangga, Jakarta

Donald Pitts & Leighton Sissom, Perpindahan Kalor, edisi

kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta

Khairil Anwar, Effendy Arif & Wahyu H. Piarah., 2010 Efek

Temperatur Pipa Kapiler Terhadap Kinerja Mesin

Pendingin, Teknik Mesin Universitas Hassanudin Makssar,

Sulawesi Selatan

92

Ashkan Alimoradi, & Farzad Veysi .,2017 Optimal and Critical

Values of shell and helically coiled tube heat exchangers.,

Journal of Case Studies in Thermal Engineering 10 (2017)

93

Lampiran 1. Data Hasil Pengujian

n

Pressure (psi)

Ti

n

(o

C)

Tout (oC)

Temperatur

sistem (oC)

I

(A

mp

)

P

1 P2 P3 P4 25

At

as

Ten

gah

Ba

wa

h

T

1 T2 T3

T

4

0 6

8 265 258 78 25 21 20 18

2

2,

3

103

,2

28

,5

3,

8 8,3

0,

02

5

1 7

0 270 260 82 23 20 19 17

2

2,

9

105

,8

28

,3

4,

1 8,3

0,

02

5

2 7

2 270 260 82 22 19 17 15

2

3,

3

109

,9

30

,4

5,

3 8,3

0,

02

5

3 7

0 270 260 82 20 18 15 13

2

3,

8

110

,8

29

,1

5,

5 8,3

0,

02

5

4 7

0 270 260 82 20 18 15 13

2

3,

5

110

,3

29

,4

4,

7 8,3

0,

02

5

5 7

0 270 260 82 20 18 15 13

2

3,

9

110

,7

29

,8

5,

2 8,3

0,

02

5

6 7

0 270 260 82 20 18 15 13

2

3,

4

109

,8

29

,5

4,

9 8,3

0,

02

5

A

v

g

7

0

269

,28

259

,71

81

,4

2

21

,2

8

18

,8

5

16,

57 102

2

3,

3

108

,64

29

,2

8

4,

7

8

8,3

0,

02

5

94

Lampiran 2. Tabel Sifat Refrigeran Jenuh 22 (Uap-Cair):

Tabel Temperatur

95

Lampiran 3. Tabel Sifat Refrigeran Jenuh 22 (Uap-Cair) :

Tabel Tekanan

96

Lampiran 4. Tabel Sifat Uap-Panas Lanjut Refrigeran 22

97

Lanjutan

98

Lanjutan

99

Lanjutan

100

BIODATA PENULIS

Penulis lahir di Medan, 19 Oktober

1991, merupakan anak ketiga dari

enam bersaudara. Riwayat

pendidikan formal yakni telah

menempuh pendidikan di TK

Gajah Mada Medan, SD St

Antonius VI Medan, SMP St Maria

Medan, SMA N 5 Medan dan lulus

pada tahun 2009. Penulis

mengikuti SPMB dan diterima di

jurusan D3 Teknik Mesin

Politeknik Negeri Medan dan mengambil bidang Perawatan

dan Perbakan. Pada tahun ketiga penulis melaksanakan kerja

praktek di PT GAPURA ANGKASA Medan selama 1

bulan. Setelah lulus D3 penulis bekerja di PT AKR

Corporindo, Tbk selama 2 tahun. Setelah itu penulis resign

dan melanjutkan kuliah Lintas Jalur di Teknik Mesin FTI-

ITS. Di jurusan Teknik Mesin ini, Penulis mengambil

Bidang Studi Konversi Energi, Laboratorium Sistem

Pendingin.

TUGAS AKHIR TM 141585

Documents

Transcript of TUGAS AKHIR TM 141585