ANALISA DESAIN DAN PERFORMA EVAPORATOR PADA SISTEM REFRIGERASI ABSORPSI UNTUK KAPAL PERIKANAN
Rohmat Abudaris *) Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc. **) *) Mahasiswa Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS **) Dosen Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS
Abstrak Proses pendinginan atau refrigerasi sangat diperlukan oleh nelayan untuk mempertahankan mutu hasil tangkapan ikan. Saat ini masih banyak nelayan yang menggunakan teknik pendinginan ikan dengan menggunakan es padat yang dibawa dari darat. Dengan penggunaan es padat ini akibatnya lama pelayaran akan terbatasi, sebab es padat yang dibawa dari darat tidak akan bertahan lama karena akhirnya akan mencair. Akibat lainnya jumlah es yang banyak saat dibawa akan mengurangi jumlah muatan kapal. Penelitian yang akan dilakukan ini mengenai sistem pendingin absorpsi. Adapun komponen yang diperlukan dalam sistem ini adalah generator, kondensor, evaporator, absorber dan pompa. Pada penelitian ini difokuskan dengan analisa desain dan performa evaporator. Dari analisa yang telah dilakukan dengan objek kapal KM. London 4 menghasilkan evaporator dengan tipe bare tube dengan diameter pipa 12,7 mm, ketebalan pipa 1mm, panjang pipa 14 m, temperatur dan tekanan kerja evaporator 40C dan 0,0015 KPa dengan beban pendingin evaporator sebesar 3543,5 W. Dari perhitungan pada penggunaan sistem refrigerasi ini didapatkan pengurangan es balok pada kapal perikanan sebesar 25 % dari total penggunaan es balok, yaitu sebesar 50 es balok. Kata Kunci : Refrigerasi, Sistem Absorpsi, Evaporator.
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada saat ini sistem refrigerasi sangat pesat sekali perkembangannya, apalagi di daerah yang beriklim tropis. Seiring dengan perkembangan zaman penerapan teknik refrigerasi mencakup pemrosesan, pengawetan terlebih-lebih pada sektor perikanan. Proses pendinginan sangat diperlukan oleh nelayan untuk mempertahankan mutu hasil tangkapan ikan. Saat ini masih banyak nelayan yang menggunakan teknik pendinginan ikan dengan menggunakan es balok yang dibawa dari darat. Dengan
penggunaan es padat ini akibatnya lama pelayaran akan terbatasi, sebab es padat yang dibawa dari darat tidak akan bertahan lama karena akhirnya akan mencair. Akibat lainnya jumlah es yang banyak saat dibawa akan mengurangi jumlah muatan kapal, dalam hal ini adalah ikan yang diletakkan pada ruang muat kapal. Penelitian yang akan dilakukan ini mengenai sistem pendingin absorpsi. Di mana sistem pendingin ini cocok untuk nelayan karena dalam penerapannya tidak memerlukan biaya dan tempat yang besar serta dalam pengoperasiannya juga mudah. Sistem ini direncanakan juga
memanfaatkan transfer panas dari gas buang yang dihasilkan oleh kapal. Dalam kaitannya dengan sistem pendinginan absorpsi pada penelitian ini difokuskan dengan analisa desain dan performa evaporator. Adapun evaporator yang cocok dalam sistem pendinginan absorpsi dengan memanfaatkan gas buang engine sebagai sumber energi adalah dengan memodifikasi tipe plate dengan pertimbangan utama berdasarkan berat, dimensi, serta kapasitas pertimbangan panas.
1.2 Perumusan Masalah 1. Perumusan Masalah Dalam skripsi ini ada beberapa perumusan masalah yang akan diangkat sebagai berikut : a. Tipe evaporator apakah yang digunakan dalam sistem refrigerasi absorpsi? b. Bagaimanakah desain dan performa dari evaporator pada sistem refrigerasi absorpsi dengan analisa matematis? c. Apakah dengan penggunaan sistem refrigerasi absorpsi ini dapat mengurangi es balok? 2. Batasan Masalah Dari permasalahan yang telah ditunjukkan di atas maka diperlukan pembatasan masalah supaya terfokus pada masalah yang akan dikaji dan mendapat hasil yang diinginkan, batasan tersebut yaitu : a. Kapal yang akan dijadikan objek analisa adalah Kapal Perikanan KM London 4. b. Sistem refrigerasi absorpsi belum dapat dilakukan running test secara langsung. c. Analisa dilakukan berdasarkan perhitungan matematis. d. Penggunaan sistem refrigerasi absorpsi ini mengabaikan dampak hasil pendinginan terhadap mutu dan kualitas ikan. e. Faktor biaya pengadaan alat diabaikan.
f. Absorbent yang digunakan adalah LiBr dan
refrigeran air. g. Suhu pendinginan yang keluar dari evaporator tidak secara langsung mendinginkan ikan tetapi dengan bantuan air yang disirkulasikan ke coolbox/palkah ikan. 3. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan Tugas Akhir adalah : a. Mengetahui tipe evaporator yang digunakan. b. Mengetahui performa dari desain evaporator dengan kapasitas 3543,5 W. c. Membuat evaporator dengan skala sebenarnya. d. Mengetahui seberapa besar pengurangan dalam penggunaan es balok. 4. Manfaat Penulisan Manfaat yang dapat diperoleh dari penulisan Tugas Akhir ini antara lain : a. Memberikan informasi tentang alat pendingin untuk pengawetan ikan pada kapal perikanan. b. Memberikan informasi dari desain dan performa evaporator yang dibuat. c. Dengan penggunaan sistem refrigerasi absorpsi diharapkan dapat mengurangi penggunaan es balok. II.
TINJAUAN PUSTAKA II.1.1 Absorpsi Sistem ini dalam beberapa hal hampir sama dengan siklus kompresi uap seperti adanya komponen kondensor, katup ekspansi dan evaporator. Perbedaannya adalah tidak adanya kompresor pada sistem absorpsi digantikan dengan tiga komponen lain diantaranya absorber, pompa dan generator. Sistem absorpsi menyerap uap tekanan rendah dari evaporator ke dalam zat cair penguap (absorbing liquid) yang cocok pada absorber. Pada komponen ini terjadi
perubahan fasa dari uap menjadi cair, karena proses ini sama dengan kondensasi, maka selama proses berlangsung terjadi pelepasan kalor. Tahap berikutnya adalah menaikan tekanan zat cair tersebut dengan pompa dan membebaskan uap dari zat cair penyerap dengan pemberian kalor. Berikut ini adalah gambar prinsip kerja sistem absorpsi.
Gambar 2. 1 Bagan alir sistem refrigerasi absorpsi Kerja siklus secara keseluruhan adalah sebagai berikut : Proses 1-2/1-3 : Larutan encer campuran zat penyerap dengan refrigeran (konsentrasi zat penyerap rendah) masuk ke generator pada tekanan tinggi. Di generator panas dari sumber bersuhu tinggi ditambahkan untuk menguapkan dan memisahkan refrigeran dari zat penyerap, sehingga terdapat uap refrigeran dan larutan pekat zat penyerap. Larutan pekat campuran zat penyerap mengalir ke absorber dan uap refrigeran mengalir ke kondensor. Proses 2-7: Larutan pekat campuran zat penyerap dengan refrigeran (konsentrasi zat penyerap tinggi) kembali ke absorber melalui katup cekik. Penggunaan katup cekik bertujuan untuk mempertahankan perbedaan tekanan antara generator dan absorber.
Proses 3-4: Di kondensor, uap refrigeran bertekanan dan bersuhu tinggi diembunkan, panas dilepas ke lingkungan, dan terjadi perubahan fase refrigeran dari uap ke cair. Dari kondensor dihasilkan refrigeran cair bertekanan tinggi dan bersuhu rendah. Proses 4-5 : Tekanan tinggi refrigeran cair diturunkan dengan menggunakan katup cekik (katup ekspansi) dan dihasilkan refrigeran cair bertekanan dan bersuhu rendah yang selanjutnya dialirkan ke evaporator. Proses 5-6 : Di evaporator, refrigeran cair mengambil panas dari lingkungan yang akan didinginkan dan menguap sehingga terjadi uap refrigeran bertekanan rendah. Proses 6-8/7-8 : Uap refrigeran dari evaporator diserap oleh larutan pekat zat penyerap di absorber dan membentuk larutan encer zat penyerap. Jika proses penyerapan tersebut terjadi secara adiabatik, terjadi peningkatan suhu campuran larutan yang pada gilirannya akan menyebabkan proses penyerapan uap terhenti. Agar proses penyerapan berlangsung terus-menerus, absorber didinginkan dengan air yang mengambil dan melepaskan panas tersebut ke lingkungan. Proses 8-1 : Pompa menerima larutan cair bertekanan rendah dari absorber, meningkatkan tekanannya, dan mengalirkannya ke generator sehingga proses berulang secara terus menerus. II.1.2 Keuntungan Penggunaan Absorpsi Adapun keuntungan-keuntungan dalam penggunaan refrigerasi absorpsi adalah sebagai berikut : 1. Hanya refrigeran dan absorben yang bergerak, sehingga operasi siklus tenang dan tahan lama. Motor pompa, mesin,
atau turbin yang digunakan lebih kecil dibanding yang digunakan pada sistem kompresi untuk kapasitas yang sama. 2. Sistem absorpsi biasanya didesain untuk menggunakan uap, baik pada temperatur tinggi, maupun temperatur rendah. Buangan dari komponen yang lain dapat kembali digunakan. Tidak dibutuhkan daya listrik, meskipun biasanya pompa yang digunakan didorong oleh motor. 3. Unit refrigerasi absorpsi dapat dioperasikan pada tekanan dan temperatur evaporator yang lebih kecil, dengan penurunan yang kecil. Pada sistem kompresi, penurunan tekanan evaporator mengakibatkan penurunan kapasitas sistem secara signifikan. 4. Pada beban refrigerasi yang lebih kecil, unit absorspi memiliki efisiensi yang sama besarnya dengan kapasitas penuh. Pengendalian variasi beban dilakukan dengan pengaturan jumlah refrigeran dan absorban yang disirkulasikan di dalam sistem. 5. Jika refrigeran tidak sepenuhnya diuapkan di evaporator, tidak terjadi efek yang buruk selain membuat sistem sedikit tidak stabil secara temporer. Namun, pada sistem kompresor, hal itu dapat membahayakan kompresor dan membutuhkan pengukuran preventif yang mendalam. 6. Unit absorpsi dapat dibuat dengan kapasitas lebih besar dari 1000 ton sampai dengan nilai kapasitas terbesar dari unit kompresor. Dengan pengecualian untuk aplikasi rumah tangga, secara umum sistem absorpsi butuh ruang lebih besar. Namun, unit dapat diletakkan di luar ruangan dan disusun vertikal sehingga membutuhkan area tanah yang lebih kecil dan tidak perlu penutup.
7. Persyaratan ruang dan kontrol otomatik lebih ringan pada sistem absorpsi pada desain temperatur evaporator yang semakin rendah. II.1.3 COP (Coefficient Of Permormance) Siklus pendinginan absorpsi pada prinsipnya merupakan kombinasi dari dua siklus, yaitu siklus tenaga dan siklus pendinginan, seperti disajikan pada Gambar 2.4. Siklus tenaga menghasilkan kerja yang dibutuhkan untuk melakukan proses pengempaan (kompresi) uap yang dihasilkan oleh evaporator. Siklus tenaga menerima panas qg pada suhu Ts, melepas energi W dalam bentuk kerja ke siklus pendinginan, dan melepas sejumlah qa energi ke lingkungan dalam bentuk panas pada suhu Ta. Siklus refrigerasi menerima kerja sebesar W dan menggunakannya untuk memompa sejumlah qe panas pada suhu pendinginan Tr kemudian melepaskan sejumlah qc panas pada suhu lingkungan Ta.
Gambar 2. 1 Siklus absorpsi sebagai kombinasi siklus tenaga dan pendinginan
Dari definisi COP, untuk siklus tenaga berlaku persamaan:
sedangkan berlaku,
untuk
siklus
pendinginan
Koefisien penampilan (COP) siklus absorbsi ideal atau siklus pendinginan yang digerakkan dengan panas didefinisikan sebagai,
Dengan memasukkan persamaan [1] dan [2] diperoleh koefisien penampilan ideal
Dari persamaan di atas dapat diambil beberapa kecenderungan, yaitu : -COP meningkat jika Tg meningkat -COP meningkat jika Te meningkat - COP menurun jika Ta menurun Dalam beberapa hal, penggunaan COP untuk melihat penampilan sistem pendinginan absorpsi tidak menguntungkan karena nilainya sangat rendah dibandingkan dengan COP sistem pendinginan kompresi uap. Akan tetapi, hal ini tidak mutlak menunjukkan bahwa penampilan kerja sistem absorbsi lebih rendah dibandingkan sistem kompresi uap karena definisi keduanya sangat berbeda. COP sistem kompresi uap adalah perbandingan laju pendinginan terhadap tenaga dalam bentuk kerja yang diberikan pada sistem, sedangkan pada sistem absorbsi adalah perbandingan terhadap penambahan panas pada generator. Secara umum, energi dalam bentuk kerja lebih tinggi nilai dan harganya dibandingkan dalam bentuk panas. II.2 Refrigeran. II.2.1 Umum Refrigeran adalah suatu fluida yang digunakan sebagai media penukar kalor pada sistem refrigerasi, dimana refrigerant ini dapat mengalami perubahan fasa, yaitu fasa cair maupun uap. Secara umum refrigeran dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu :
• Primer, yaitu refrigeran yang dipakai dalam sistem kompresi uap dan mengalami perubahan fasa selama proses refrigerasinya. Sekunder, yaitu fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang sedang didinginkan ke evaporator pada sistem refrigerasi tanpa fluida tersebut mengalami perubahan fasa. Refrigeran yang banyak dipakai aalah hidrokarbon-fluorin, tetapi ada sejumlah substansi lain yang dapat berfungsi baik sebagai refrigeran, termasuk di dalamnya ikatan-ikatan organik dan hidrokarbon. Dua karakteristik refrigerant yang paling penting adalah ditinjau dari segi keselamtan yaitu pada derajat kemudahan terbakar dan keracunan. Menurut [K. Handoko, 1979] beberapa persyaratan untuk refrigerant yang baik yaitu : 1. Tidak beracun, tidak berbau dalam semua keadaan. 2. Tidak dapat terbakar atau terbakar sendiri, juga bila bercampur dengan udara. 3. Tidak mempunyai daya korosi terhadap logam yang dipakai. 4. Bila terjadi kebocoran mudah diketahui. 5. Harganya murah. II.2.2 Pemilihan Sistem Pendingin Absorpsi Agar dapat digunakan dalam sistem pendingin absorpsi ada beberapa kriteria yang harus dipenuhi, antara lain : 1. Absorbent harus mempunyai daya ikat yang cukup kuat untuk mengikat uap refrigerant. 2. Aman, stabil dan anti korosi. 3. Absorbent tidak mempunyai sifat mudah menguap sehingga uap refrigerant yang meninggalkan generator mengandung sedikit sekali absorbent. 4. Tekanan kerja yang cukup rendah dan mendekati tekanan atmosfir untuk mengurangi berat peralatan dan mencegah kebocoran ke dalam dan ke luar sistem. 5. Refrigeran mempunyai panas laten yang tinggi supaya laju aliran refrigerant tidak terlalu besar.
Karakteristik sistem Ammonia-Air - Ammonia sebagai refrigerant dan air sebagai absorbent. - Ammonia bersifat korosif pada bahan tembaga dan paduannya. - Kapasitas panas laten ammonia tinggi. - Bersifat racun apabila terjadi kebocoran. - Tekanan operasi relatif tinggi. - Air sebagai refrigerant bersifat menguap sehingga dibutuhkan peralatan tambahan (rectifier, analyzer). - Mudah didapatkan. Karakteristik sistem Lithium Bromida-Air - Lithium Bromida sebagai absorbent dapat mengalami pengendapan dan kristalisasi. - Absorbent tidak mudah menguap sehingga tidak memerlukan peralatan tambahan. - Tekanan operasi sangat rendah. - Apabila terjadi kebocoran tidak akan berbahaya, hanya akan terjadi udara akan masuk ke sistem. - Perbedaan tekanan yang cukup kecil antara bagian bertekanan tinggi dengan bagian bertekanan rendah. - Mudah didapatkan. Dari perbedaan karakteristik di atas, lebih disukai penggunaan Lithium Bromida-Air, karena : 1. Biaya instalasi lebih rendah karena tidak menggunakan rectifier dan analyzer. 2. Tidak berbahaya jika mengalami kebocoran. 3. Tekanan operasi cukup rendah. II.3 Evaporator. II.3.1 Umum Evaporator adalah suatu alat di mana bahan pendingin menguap dari carir menjadi gas. Melalui perpindahan panas dari ruangan di sekitarnya ke dalam sistem. Panas tersebut lalu dibawa ke kompresor dan dikeluarkan lagi oleh kondensor. Evaporator sering jug disebut cooling coil, boiler dan lain-lain, tergantung dari
bentuknya. Karena keperluan dari evaporator berbeda-beda, maka evaporator dibuat dalam bermacam-macam bentuk, ukuran dan perencanaan. Evaporator juga dapat dibagi ke dalam beberapa golongan dilihat dari konstruksinya, cara kerjanya, aliran bahan pendingin, macam pengontrolan bahan pendingin dan pemakaiannya.
II.3.2 Tipe Evaporator
Dari pemakaiannya evaporator dibagi menjadi dua : 1. Ekspansi langsung (direct expansion) 2. Ekspansi tidak langsung (indirect expansion) Evaporator dibagi menjadi dua dari cara kerjanya : 1. Evaporator kering (dry evaporator) 2. Evaporator banjir (flooded evaporator)
Gambar 3. 1 Dry Evaporator
Gambar 3. 2 Flooded Evaporator
Dari konstruksinya terbagi menjadi tiga tipe : 1. Pipa saja (bare tube) 2. Pipa dengan rusuk-rusuk (finned) 3. Permukaan pelat (plate surface) Bare Tube Evaporator Biasanya terbuat dari pipa baja atau tembaga. Pipa baja digunakan untuk evaporator yang berukuran besar dan untuk evaporator yang menggunakan ammonia sebagai refrigerannya. Ukuran, bentuk dan desain dari bare tube evaporator ini tergantung dari aplikasi yang diinginkan.
disirkulasikan di atas koil melewati ruang terbuka di antara pipa ,dan tidak bersentuhan langsung dengan permukaan koil. Ketika ditambahkan rusuk-rusuk koil, fins dapat memperluas ruang terbuka di antara pipa dan berfungsi sebagai pengumpul panas. Ukuran fin tergantung dari aplikasi yang diinginkan oleh desainer. Ukuran ppipa menentukan ukuran dari fin, ukuran pipa yang kecil membutuhkan fin yang kecil pula.
Gambar 3. 4 Finned Evaporator
Gambar 3. 3 Bare tube evaporator yang sering digunakan (a) Flat Zig Zag Coil (b) Oval Trombone Coil Finned Evaporator Rusuk-rusuk digunakan sebagai permukaan pengikat panas kedua, karena pada dasarnya hamper sama dengan bare tube evaporator. Mempunyai pengaruh untuk memperluas permukaan luar dari area evaporator, sehingga dapat meningkatkan efisiensi untuk pendinginan udara. Dengan menggunakan bare tube evaporator kebanyakan dari udara yang
Plate Surface Evaporators Beberapa disusun dari dua lembar pelat dari logam yang ditimbulkan dan di las bersama untuk menyediakan jalan bagi refrigerant mengalir di antara dua lembar pelat tersebut (gambar 7). Biasanya digunakan untuk refrigerasi rumah tangga dan lemari es, karena mudah dibersihkann, murah, serta tersedia dalam berbagai variasi bentuk.
• Nama Kapal : KM.London 4 • Panjang : 20 m • Lebar : 6.5 m • Tinggi :5m Dimensi Palkah • Panjang : 1.8 m • Lebar :1m • Tinggi :2m • Type Engine : Mitsubishi 6D16-T • Daya Engine : 166 PK • Jumlah kebutuhan es balok : 200 balok • Lama Pelayaran : 7 hari Gambar 3. 5 Plate Surface Evapoarator
III. METODOLOGI
Metodologi yang dipakai untuk penyelesaian tugas akhir ini secara lengkap dapat dilihat pada gambar dibawah dengan tahapan-tahapan seperti berikut :
Gambar 4. 1 Palkah KM. London 4
Gambar 4. 2 KM. London 4
Gambar 3. 6 Diagram Alir Pengerjaan Skripsi
IV. ANALISA dan PEMBAHASAN IV.1 Data Kapal.
IV.3 Perhitungan Desain Evaporator. IV.3.1 Penentuan t emperatur pe rmukaan pipa
Untuk menghitung temperatur pipa refrigeran digunakan persamaan berikut : 𝑄𝑄𝑒𝑒 = Gambar 4. 3 Engine KM. London 4
Dimana : Q e : beban pendingin (W) ∆T : perbedaan suhu bagian luar dan dalam (0C) R th : tahanan termal pipa refrigeran (m20C/W) Sehingga : R th =
IV.2 Desain Evaporator.
Data perencanaan yang digunakan untuk mendesain evaporator adalah sebagai berikut : • Tipe evaporator : bare tube • Temperatur kerja evaporator : 40C • Tekanan kerja evaporator (Pe): 0,0015 KPa • Beban pendingin : 3543,5 Watt • Laju aliran massa refrigeran : 0,0015 Kg/s • Temperatur kerja kondensor : 45 0C • Tekanan kerja kondensor (Pc): 9,58 KPa Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan sebuah evaporator adalah : 1. Koefisien perpindahan panas menyeluruh 2. Luas permukaan perpindahan panas 3. Temperatur kerja evaporator 4. Temperatur udara yang masuk dan keluar evaporator 5. Panas yang diserap oleh evaporator 6. Kondisi aliran, baik udara maupun refrigeran Dimensi yang direncanakan : Panjang pipa : 14 m Diameter pipa : 0,0127 m Ketebalan pipa refrigeran (X) : 0,001 m Konduktifitas termal pipa (k) : 16 W/m0C
∆𝑇𝑇 .........................................................4.1 𝑅𝑅𝑡𝑡ℎ
Maka :
𝑋𝑋 𝐾𝐾
𝑄𝑄𝑒𝑒 =
=
0,001 𝑚𝑚 16 𝑊𝑊/𝑚𝑚 0 𝐶𝐶
= 6,25 x 10-5 m2 0C/W
(𝑇𝑇𝑇𝑇,𝑜𝑜−𝑇𝑇𝑇𝑇,𝑖𝑖) 𝑅𝑅𝑡𝑡ℎ
Tr,o = q x . R th + Tr,i = 3543,5 W x 6,25 x 10-5 m20C/W + 4 0C = 4,22 0C IV.3.2 Penentuan koefisien konveksi dari sisi refrigeran (hr) Harga koefisien penguapan refrigeran yang mengalir dalam pipa dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : 𝐡𝐡𝐡𝐡.𝐃𝐃𝐃𝐃 𝐤𝐤
= 𝐨𝐨, 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏[𝐗𝐗 𝟒𝟒 (𝟏𝟏 − 𝐗𝐗 𝟐𝟐 )𝟎𝟎,𝟏𝟏𝟏𝟏 ] �
.....4.2
𝐆𝐆𝐆𝐆 𝟐𝟐 𝐡𝐡𝐡𝐡𝐡𝐡 𝐠𝐠𝐠𝐠𝐠𝐠𝐠𝐠
� .𝟎𝟎,𝟒𝟒𝟒𝟒 (𝐏𝐏𝐏𝐏)𝟎𝟎,𝟕𝟕
Dimana : hr : koefisien penguapan refrigeran (W/m2K) Di : diameter dalam pipa (m) K : konduktifitas termal refrigeran (W/mK) X : derajat kekeringan uap Gr: laju flux massa refrigeran (Kg/m2s) hfg : panas laten penguapan (kJ/Kg) 𝜎𝜎 : tegangan permukaan refrigeran (N/m) 𝜌𝜌f: massa jenis refrigeran (Kg/m3) Pr: Prandtl number Laju flux massa refrigeran dapat dicari dengan persamaan : 𝑚𝑚
𝜋𝜋
𝐺𝐺𝐺𝐺 = 𝐴𝐴𝐴𝐴 , dengan 𝐴𝐴𝐴𝐴 = 4 (𝐷𝐷𝐷𝐷)2 𝜋𝜋
= (0,0127 𝑚𝑚 )2 4
= 1,267 x 10-4 m2
Gambar 4. 4 Desain evaporator
𝐺𝐺𝐺𝐺 =
0,0015𝑘𝑘𝑘𝑘 /𝑠𝑠
1,267 x 10 −4 m 2
= 11,8 Kg/m2s
Properties refrigeran pada kondisi temperatur kerja evaporator 40C dan tekanan 0,82 KPa : k
= 570264000 W/mK
hfg
= 2491,3 KJ/Kg
𝜌𝜌f
= 1000 Kg/m3 = 0,07508 N/m
Pr
= 11,566
𝜎𝜎
= 815,4 0 𝐶𝐶 − 40 𝐶𝐶
= 811,40 𝐶𝐶
∆𝑇𝑇2 = 𝑇𝑇𝐼𝐼,𝑜𝑜 − 𝑇𝑇𝑇𝑇
= 250 𝐶𝐶 − 40 𝐶𝐶 = 210 𝐶𝐶
Maka :
Maka :
∆𝑇𝑇𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 =
4
= 0,115[x (1
0,44
Kg 2 KJ ⎡ �11,8 ⎤ � 2491,3 m2s Kg 2 0,11 ] ⎢ ⎥ −x ) Kg m N ⎢10 . 0,07508 . 1000 ⎥ 2 m m ⎣ s ⎦
(11,56)
2,23x10−11 hr = 9,52[𝑥𝑥 4 (1 − 𝑥𝑥 2 )0,11 ] 0,047
hr = 1,13x1011 W/m2K
𝑈𝑈𝑈𝑈 = 𝑈𝑈𝑈𝑈 =
𝑈𝑈𝑈𝑈 =
Koefisien p menyeluruh
erpindahan pa
nas
1 … … … … … 4.3 𝑋𝑋 1 𝑋𝑋 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 + + 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑅𝑅𝑓𝑓,𝑟𝑟 ℎ𝑟𝑟 𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑘𝑘𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
1 0,001 m 0,03 𝑚𝑚 W + W + W + 0,0002 1,13x1011 2 16 0 0,6 0 m K m C m C 1
1 = 29,766 W/m2 K 0,050263 W/m2 K
0,7
=
=
IV.3.5 P
2,23x10−11 hr = 9,52[0,0474 (1 − 0,0472 )0,11 ] IV.3.3
∆𝑇𝑇1 − ∆𝑇𝑇2 𝑇𝑇 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑇𝑇1 2
Dimana : ∆𝑇𝑇1 = 𝑇𝑇𝐼𝐼,𝑖𝑖 − 𝑇𝑇𝑇𝑇
Gr2 hfg 0,44 hr. Di = o, 115[𝑥𝑥 4 (1 − 𝑥𝑥 2 )0,11 ] � � . (Pr)0,7 k gσρf W 570264000 mK
3543,5 = 815,4 0 𝐶𝐶 1,006 𝑥𝑥 4
∆𝑇𝑇𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 =
Sehingga :
hr. 0,0127 m
𝑇𝑇𝐼𝐼,𝑖𝑖 =
IV.3.4 P erhitungan beda temperatur ra ta-rata logaritmik (∆T LMTD) Untuk menentukan beda temperatur udara masuk pada evaporator 𝑄𝑄𝑄𝑄 = 𝑚𝑚. 𝐶𝐶𝐶𝐶. (𝑇𝑇𝐼𝐼,𝑖𝑖 − 𝑇𝑇𝑇𝑇).................................4.4
815,40 𝐶𝐶 − 210 𝐶𝐶 815,40 𝐶𝐶 𝑙𝑙𝑙𝑙 210 𝐶𝐶
790,40 𝐶𝐶 𝑙𝑙𝑙𝑙38,6360 𝐶𝐶
790,40 𝐶𝐶 = 216,30 𝐶𝐶 3,650 𝐶𝐶
erhitungan p anjang p ipa yan g dibutuhkan Besarnya luasan yang dibutuhkan untuk penguapan refrigeran pada evaporator ini digunakan persamaan : 𝑄𝑄𝑄𝑄 = 𝑈𝑈𝑈𝑈. 𝐴𝐴𝐴𝐴. ∆𝑇𝑇𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 .........................................4.5 𝑄𝑄𝑄𝑄 𝐴𝐴𝐴𝐴 = 𝑈𝑈𝑈𝑈 𝑥𝑥 ∆𝑇𝑇𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 3543,5 𝑊𝑊 = W 29,766 2 𝑥𝑥 216,30 𝐶𝐶 m K = 0,6 𝑚𝑚2 Sehingga : Panjang pipa yang dibutuhkan adalah : 𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐿𝐿𝐿𝐿 = 𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋 0,6 𝑚𝑚2 = 3,14 𝑥𝑥 0,0127𝑚𝑚 = 14 𝑚𝑚
Gambar 4. 5 Evaporator tampak samping
Panas spesifik air :1 Waku (t) mengubah suhu 1,4°C menjadi 4°C : 64 menit : 3840 s Q = m.c.ΔT = 1250 kg × 1 × (4 - 1,4) = 3250 kkal (1 kkal = 4,1868 kJ) = 13607 kJ Kapasitas = Q/t = 13607/3840 = 3,5435 kJ/s = 3,5435 kW = 3543,5 W Sehingga sistem yang dirancang memiliki kapasitas pendinginan 3,5435 kJ/s pada suhu 4°C.
Gambar 4. 6 Evaporator tampak atas
IV.4 Perhitungan perencanaan pengurangan es balok
Jumlah es balok yang akan dikurangi yaitu sebesar 50 buah, dengan berat tiap es balok sebesar 25 kg. Jumlah total es balok : 200 buah Berat @ es balok : 25 kg Berat total es balok : 200 × 25 kg : 5000 kg Jumlah es balok yang direncanakan akan dikurangi oleh sistem pendingin absorpsi, Jumlah : 50 buah Berat es balok : 50 × 25 kg : 1250 kg Prosentasi dari total : (50/200) × 100% : 25% Suhu es mencair : 1,4°C Suhu sistem absorpsi : 4°C
Gambar 4. 7 Hasil desain sistem refrigerasi absorpsi
V. KESIMPULAN dan SARAN
V.1 Kesimpulan Dari analisa yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1.
2.
3.
Model fisik evaporator yang dihasilkan memiliki panjang 14m, dengan diameter pipa 12,7 mm dan tebal 1 mm. Jenis yang digunakan adalah bare tube evaporator. Karakteristik dari evaporator yang dihasilkan dalam perhitungan memiliki beban pendingin sebesar 3543,5 watt, dengan tekanan 0,0015 KPa, laju aliran massa refrigeran 0,0015 kg/s dan temperatur 40C. Setelah evaporator dan komponen sistem pendingin absorpsi lainnya dirangkai menjadi
4.
satu belum dapat di running/diuji coba, sebab terkendala dengan mahalnya harga refrigeran LiBr (lithium Bromida). Melalui penggunaan sistem refrigerasi absorpsi ini didapatkan pengurangan es balok pada kapal perikanan sebesar 25 % dari total penggunaan es balok, yaitu sebesar 50 es balok dengan kapasitas pendingin sebesar 3543,5 watt pada temperatur 40C.
V.2 Saran 1. Perlu adanya kajian lebih lanjut mengenai refrigeran yang dapat dan efektif digunakan untuk sistem absorpsi, sehingga alat yang dibuat dapat diuji coba secara nyata. 2. Model sistem pendingin absorpsi ini perlu adanya penelitian lebih lanjut agar dapat diaplikasikan pada kapal perikanan.
VI. REFERENSI
Supratman Hara,Ir. 1987. Pengkondisian Udara
Refrigerasi dan
Baheramsyah, Alam., S. Sanuri, dan P. Catur. 2006. Perancangan Radiator Dua Kipas Pada Coldbox dengan Media Es Kering. Jurnal Teknologi Permesinan Bangunan Laut : Volume 3 : 23-32 Dedy. 2006. Studi perencanaan evaporator pada sistem pendingin adsorpsi pasangan karbon aktif dan etanol. ITS. Surabaya www.analytyka.com.mx/tabla%20periodica/ msds/li/lithium%20bromide.htm
