Rancang Bangun Mesin Penyimpanan Susu Hasil Pasteurisasi
Menggunakan Sistem Kompresi Uap dengan Secondary
Refrigerant
Design and Construction Milk Pasteurization Storage Machine Using The
Vapor Compression System with Secondary Refrigerant
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan
Diploma III Program Studi Teknik Pendingin dan Tata Udara Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
Oleh Mochammad Riffansyah NIM 091611020
PROGRAM STUDI TEKNIK PENDINGIN DAN TATA UDARA JURUSAN TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
CURRICULUM VITAE
Nama
: Mochammad Riffansyah
Jenis Kelamin
: Laki – Laki
Tempat/Tanggal Lahir
: Garut, 09 November 1991
Status
: Mahasiswa
Alamat
: Jl. Samarang Perum Griya Bumi Praja Blok C no.11 Rt/Rw: 03/12 Desa Rancabango,
Kec.Tarogng Kidul, Garut, Jawa Barat
Agama
: Islam
Jurusan
: Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
Program Studi
: Teknik Pendingin dan Tata Udara
No. HP
: 085320054332
Email
:
[email protected]
PENDIDIKAN Tahun
Institusi
Jurusan
2009-sekarang
Politeknik Negeri Bandung
Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
2006-2009
SMA Negeri 1 Garut
IPA
2003-2006
SMP Negeri 1 Garut
1997-2003
SDN Paminggir V
ORGANISASI Tahun 2009-sekarang
Organisasi ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers) Student Branch Politeknik Negeri Bandung
Divisi Anggota
2009-sekarang
HMRA (Himpunan Mahasiswa Teknik Refrigerasi dan Tata
Ketua Divisi Minat dan Bakat
Udara) Politeknik Negeri
Bandung
2008-sekarang
IKRA (Ikatan Keluarga
Anggota
Mahasiswa Teknik Refrigerasi
dan Tata Udara)
Politeknik Negeri Bandung 2009-sekarang
Panguyuban Garut
Anggota
TRAINING/ SEMINAR Tahun Agenda “Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional” (PIMNAS) XXIV “Rancang Bangun Cold Handling Cabinet 2011 Untuk Pencampuran Sperma Sapi Berbasis Programmable Logic Controller 1 Day Learning Together On “Chiller An Introduction and Maintenance” by ASHRAE 2011 INDONESIA CHAPTER 2011 2010 2010
2010
1 Day Seminar On “Technology From Waste Seminar” In Workshop On “Natural Refrigerant Application for Air Conditioning and Refrigeration Systems” by ASHRAE INDONESIA CHAPTER The 2 ASHRAE Indonesia Chapter Exhibition on HVACR Tecnologies 1 Day Seminar On “Dissemination of New Energy Efficiency in Building Sector and Labeling Standard For AC & Refrigerator in Indonesia” by ASHRAE INDONESIA CHAPTER
Tempat Universitas Hasanudin (Makasar) Seven Cafe-Bandung Politeknik Negeri Bandung Sasana Budaya Ganesha-Bandung Sasana Budaya Ganesha-Bandung Sasana Budaya Ganesha-Bandung
KEAHLIAN HARDSKILL Perancangan, Instalasi, dan Perawatan Sistem Tata Udara (HVAC) 1 (Ducting, Sistem Air Handling Unit, Chiller, Ventilasi, Heat Exchanger Boiler, Clean Room) Perancangan, Instalasi, dan Perawatan Sistem Refrigerasi 2 (Kompresor, Kondensor, Evaporator, Cooling Tower, Sistem Kompresi Uap, AC Mobil)
3
Perancangan, Instalasi, dan Perawatan Sistem Pemipaan (Plumbing)
Menguasai Troubleshooting, Manajemen Perawatan, dan TAB (Testing, Adjusting and Balancing) Sistem Refrigerasi dan Tata Udara 5 Menguasai Engineering Drawing 6 Welding 4
Saya menyatakan bahwa semua keterangan dalam Curriculum Vitae ini adalah benar dan apabila terdapat kesalahan , saya bersedia mempertanggungjawabkannya.
Mocahmmad Riffansyah NIM. 091611020
ABSTRAK
Susu merupakan bahan makannan yang bergizi tinggi akan kandungan zatzat pada susu, nilai gizi yang tinggi menyebabkan mikroorganisme menyukai akan pertumbuhan dan perkembangannya, sehingga susu tidak layak dikonsumsi bila tidak ditangani secara benar. Cara yang dapat mencegah kerusakan pada susu adalah dengan cara penanganan yang baik, proses pendinginan pada temperatur 4°C merupakan salah satunya, proses tersebut bertujuan agar memperpanjang usia konsumsi susu. Dengan pendinginan ini diharapkan akan dapat membunuh bakteri patogen yang membahayakan kesehatan manusia dan meminimalisasi perkembangan bakteri lain. Pendinginan untuk susu mengunakan sistem kompresi uap, dengan media pendingin secondary refrigerant yaitu propylene glycol, menggunakan tipe evaporator shell and coil cooler. terdapat 2 tangki, tangki susu dan tangki propylene glycol, di tangki propylene glycol terdapat evaporator yang akan mendinginkan propylene glycol dan kemudian akan di sirkulasikan ke tangki susu, yang bertujuan propylene glycol mendinginkan susu. Terdapat agitator pada tangki susu yang berfungsi untuk kondisi susu tidak diam, tetapi bergerak yang bertujuan agar kondisi susu tidak mudah basi. Kata Kunci : Pendinginan Susu, Sistem Kompresi Uap, Secondary Refrigerant, Sheel and Coil
ABSTRACT
Milk is a highly nutritious food that contain many nutrients in milk. High nutritional value will cause the microorganisms grow and develop more, so that the milk is not suitable to be consumsed when it is not handle properly. To prevent damage of milk, the cooling process should be at a temperature of 4°C is one of them. The process is intended to extend the life of milk consumption. By cooling the milk is expected to be able to kill the pathogenic bacteria which could harm human health and minimize the development of other bacteria. To cool the milk, vapor compression system is used. The cooling medium is as a secondary refrigerant. It use the shell and coil evaporators type of cooler. There are two tanks: milk tanks and glycol tank evaporator is in the tank that will cool the propylene glycol. The agitators in the tank that circulate the milk, which is intended to preserve the milk.
Keywords : Sheel and Coil, Secondary Refrigerant, Milk Cooling and Vapor Compression system
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur, penulis panjatkan kehadirat Tuhan semesta alam Allah karena atas izin dan rahmat-NYA penulis dapat menyelesaikan laporan SWT,
tugas akhir ini, Shalawat serta salam semoga tercurahkan selalu untuk junjunan
kita Nabi Besar Muhammad SAW. Dengan segala kemampuan, baik riil maupun materiil, penulis berusaha melaksanakan laporan tugas akhir ini dengan sebaik-baiknya agar memiliki nilai keilmuan yang bermanfaat serta memenuhi dalam maksud dan tujuannya. Namun
pembuatan laporan ini tidak luput dari kekurangan-kekurangan yang ada. Oleh
sebab itu, kritik dan saran yang membangun dari semua pihak yang membaca atau menilai laporan ini sangat diharapkan oleh penulis untuk menjadikan penulis lebih baik lagi dalam menulis laporan-laporan dan karya ilmiah yang berikutnya. Dalam kesempatan ini penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, support, dan bimbingannya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua penulis, yang tidak henti-hentinya berdoa dan selalu mendukung kami, baik riil maupun materiil. 2. Bapak Ir. Windy Hermawan M, MT, Bapak Tandi Sutandi,SST. selaku dosen pembimbing yang selalu memberikan kemudahan kepada penulis dalam menyelesaikan laporan ini. 3. Bapak Arda, Bapak Faldian, dan Bapak Luga selaku dosen penguji yang selalu membantu dalam memperbaiki kesalahan-kesalahan pada penulisan laporan ini. 4. Fiqri Novel, Elsatifiana, dan Khaerun Nur Zaman selaku partner dan pendamping
yang
selalu
setia
menemani
dan
membantu
saat
menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Bapak Prayogo, Bapak Dani, serta Bapak Samedi selaku staff jurusan yang selalu membantu dalam proses pengerjaan tugas akhir ini.
6. Rekan–rekan seperjuangan kelas 3A, yang selalu menjunjung tinggi
kebersamaan dan kekeluargaan.
7. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu, yang telah
memberikan bantuan baik langsung maupun tidak langsung kepada
penulis.
Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Tugas akhir ini, dapat berguna bagi penulis khususnya dan bagi para pembaca umumnya. Terima Kasih. Wassalammu`alaikum Wr. Wb.
Bandung, Juli 2012
Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................ i ABSTRACT ...................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ...................................................................................... iii
DAFTAR ISI .................................................................................................... v DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ x DAFTAR TABEL .......................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1 1.2 Tujuan .............................................................................................. 2 1.3 Batasan Masalah .............................................................................. 2 1.4 Metoda Penulisan ............................................................................ 2 1.5 Sistematika Penulisan ...................................................................... 3 BAB II DASAR TEORI 2.1 Definisi Penanganan Susu ............................................................. 4 2.1.1 Pengolahan Susu Dengan Refrigeran Sekunder................... 4 2.2 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap ................................................... 5 2.3 Cooling Unit .................................................................................... 11 2.4 Bahan Pendingin Sekunder (Secondary Refrigerant) ...................... 12 2.5 Perhitungan Beban .......................................................................... 13 2.5.1 Beban Kalor Melalui Dinding ................................................ 13 2.5.2 Beban Kalor Melalui Alas ...................................................... 14 2.5.2.1 Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh (U) ........ 14 2.5.2.2 Luas Permukaan ....................................................... 15 2.5.3 Beban Produk ......................................................................... 15 2.5.4 Beban Peralatan ...................................................................... 16
2.5.4.1 Beban Kalor Agitator ............................................... 16 2.5.4.2 Beban Kalor Pompa ................................................. 16 2.6 Teori Perhitungan Panjang Pipa Evaporator .................................... 17
2.6.1 Perpindahan kalor jenis konveksi paksa untuk propylene glycol ...................................................................................... 17 2.6.2 Perpindahan kalor jenis konveksi paksa untuk refrigeran ...... 18
2.6.3 Perhitungan panjang pipa evaporator ..................................... 19
BAB III DATA PERANCANGAN SISTEM
3.1 Kondisi Perancangan Beban .......................................................... 20 3.1.1 Produk .................................................................................. 20 3.1.2 Secondary Refrigerant ......................................................... 20 3.2 Data Perancangan Sistem .............................................................. 21 3.2.1 COP Rancangan ................................................................... 21 3.2.1.1 Refrigeran yang di pakai .......................................... 23 3.3 Kondisi Perancangan Tangki ......................................................... 24 3.3.1 Tangki Pendinginan Produk ................................................. 24 3.3.1.1 Dimensi Tabung Pendinginan Produk...................... 26 3.3.2 Tangki Pendinginan Refrigeran Sekunder ........................... 28 3.3.2.1 Dimensi Tangki Pendinginan Refrigeran Sekunder . 28 3.4 Perhitungan Beban Pendinginan.................................................... 32 3.4.1 Beban Pendinginan Tangki Produk...................................... 32 3.4.2 Beban Pendinginan Tangki Refrigeran Sekunder ................ 41 3.5 Perhitungan panjang pipa .............................................................. 49 3.6 Komponen yang Digunakan pada Sistem...................................... 52
BAB IV INSTALASI DAN CARA KERJA SISTEM 4.1 Konstruksi Kerangka Prototype Cooling Unit .............................. 55 4.2 Instalasi Pemipaan ......................................................................... 56 4.2.1 Pemotongan Pipa.................................................................. 56 4.2.2 Pengembangan Pipa (Flaring) ............................................. 56
4.2.3 Pembesaran Pipa (Swagging) ............................................... 57 4.2.4 Pembengkokan Pipa (Bending) ............................................ 57 4.2.5 Penyambungan Pipa ............................................................ 57
4.2.6 Pemasangan Kompresor ....................................................... 57
4.2.7 Pemasangan Kondensor ....................................................... 58 4.2.8 Pemasangan Liquid Receiver ............................................... 58
4.2.9 Pemasangan Accumulator .................................................... 59
4.2.10 Pemasangan Liquid line .................................................... 59
4.2.11 Pemasangan Pipa Kapiler .................................................. 60
4.2.12 Pemasangan Evaporator .................................................... 61 4.2.13 Pemasangan Suction Line ................................................. 62
4.2.14 Pemasangan Tangki Secondary Refrigerant ..................... 62 4.2.15 Pemasangan Tangki Pendinginan Produk ......................... 62 4.2.16 . Pemasangan Pipa dari Tangki Secondary Refrigeran ke Tangki Produk ................................................................... 63 4.3 Tes Kebocoran Sistem .................................................................. 64 4.4 Pemvakuman ................................................................................ 64 4.5 Pengisian Refrigeran ..................................................................... 65 4.6 Cara Kerja Sistem .......................................................................... 65 4.6.1 Cara Kerja Sistem Refrigerasi ........................................... 65 4.6.2 Cara Kerja Sistem Pendinginan Susu ................................ 67 4.6.3 Cara Kerja Kelistrikan ...................................................... 70 BAB V
HASIL RANCANGAN DAN ANALISA 5.1 Peralatan Yang Digunakan ............................................................ 72 5.2 Titik Pengukuran ........................................................................... 72 5.3 Cara Pengambilan Data ................................................................. 73 5.4 Pengolahan Data ........................................................................... 75 5.5 Analisis Kinerja Sistem ................................................................. 78 5.6 Analisis Temperatur terhadap WaktuPendinginan ........................ 78 5.6.1 Temperatur Secondary Refrigerant ................................... 78
5.6.2 Temperatur Produk ............................................................ 80 5.7 Analisi Tekanan Discharge, Tekanan Suction, dan COPaktual ... 82
BAB VI PENUTUP
6.2 Saran .............................................................................................. 86
6.1 Kesimpulan .................................................................................... 86
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A : Gambar Kontruksi Alat
LAMPIRAN B : Gambar Sistem Pemipaan LAMPIRAN C : Gambar Sistem Kelistrikan
LAMPIRAN D : Data Pengukuran Sistem LAMPIRAN E : Gambar Diagram P-h LAMPIRAN F : Sifat-sifat Propylene Glycol
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Moiller .............................................................................. 9 Gambar 3.1 Diagram P-h Rancangan Awal ........................................................ 22
Gambar 3.2 Data Sifat Sifat Refrigerant 134a .................................................... 23
Gambar 3.3 Konstruksi Dinding Tangki Pendinginan Produk ........................... 26 Gambar 3.4 Konstruksi Alas Tangki Pendinginan Produk ................................. 27 Gambar 3.5 Konstruksi Tutup Tangki Pendinginan Produk ............................... 28 Gambar 3.6 Konstruksi Dinding Tangki Pendinginan Refrigeran Sekunder ...... 30
Gambar 3.7 Konstruksi Alas Tangki Pendinginan Refrigeran Sekunder ........... 30
Gambar 3.8 Konstruksi Tutup Tangki Pendinginan Refrigeran Sekunder ......... 31 Gambar 4.1 Rangka Meja Trainer ......................................................................... 55 Gambar 4.2 Pemasangan Kompresor Pada Rangka ............................................ 58 Gambar 4.3 Pemasangan Kondensor Pada Rangka ............................................ 58 Gambar 4.4 Pemasangan Liquid Receiver Pada Rangka. ................................... 59 Gambar 4.5 Pemasangan Accumulator Pada Rangka ......................................... 59 Gambar 4.6 Pemasangan Liquid Line ................................................................. 60 Gambar 4.7 Pemasangan Pipa Kapiler ................................................................ 61 Gambar 4.8 Pemasangan Tangki Pendinginan Secondary Refrigerant .............. 62 Gambar 4.9 Pemasangan Tangki Pendinginan Produk ....................................... 63 Gambar 4.10 Pemasangan Pipa Sirkulasi Secondary Refrigerant ...................... 63 Gambar 4.11 Tangki Pasteurisasi ........................................................................ 67 Gambar 4.12 Tangki Pendinginan Secondary Refrigerant ................................. 67 Gambar 4.13 Tangki Pendinginan Produk .......................................................... 68 Gambar 4.14 Proses Sirkulasi ............................................................................. 68 Gambar 4.15 Lampu Indikator Proses Pasteurisasi............................................. 69 Gambar 4.16 Lampu Indikator Sistem Pendinginan ON ................................... 70 Gambar 4.17 Kelistrikan .................................................................................... 70 Gambar 5.1 Titik Pengukuran ............................................................................. 73 Gambar 5.2 Siklus Refrigersi Pada menit ke 170 .............................................. 75
Gambar 5.3 Grafik Temperatur Propylene Glycol Terhadap Waktu Pendinginan
ketika Sistem ON .......................................................................... 75
Gambar 5.4 Grafik Temperatur Propylene Glycol Terhadap Waktu Pendinginan
ketika Sistem OFF ........................................................................ 76
Gambar 5.5 Grafik Temperatur Susu Terhadap Waktu Pendinginan ketika Sistem
ON ................................................................................................. 76 Gambar 5.6 Grafik Temperatur Susu Terhadap Waktu Pendinginan ketika Sistem OFF ............................................................................................... 77 Gambar 5.7 Grafik Tekanan Discharge Terhadap Waktu ................................... 78
Gambar 5.8 Grafik Tekanan Suctione Terhadap Waktu ..................................... 78
Gambar 5.9 Grafik Tekanan COPaktual Terhadap Waktu..................................... 81
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan Performansi Pendingin Sekunder ................................ 12
Tabel 2.2 Ekuivalen kalor dari motor listrik ....................................................... 16 3.1 Kondisi Perancangan Beban Produk ................................................... 20 Tabel
Tabel 3.2 Kondisi Perancangan Beban Secondary Refrigerant .......................... 20
Tabel 3.3 Data Perancangan Sistem Refrigerasi ................................................. 21 Tabel 3.4 Data Perancangan Tangki Pendinginan Produk .................................. 25 Tabel 3.5 Material Dinding Tangki Pendingin Produk ....................................... 26 3.6 Material Alas Tangki Pendinginan Produk ......................................... 27 Tabel
Tabel 3.7 Material Tutup Tangki Pendingin Produk .......................................... 28
Tabel 3.8 Data Perancangan Tangki Pendinginan Secondary Refrigerant ......... 29 Tabel 3.9 Material Dinding Tangki Pendinginan Refrigeran Sekunder ............. 30 Tabel 3.10 Material Alas Tangki Pendingin Refrigeran Sekunder ..................... 31 Tabel 3.11 Material Tutup Tangki Pendingin Refrigeran Sekunder ................... 31 Tabel 3.12 Material dan Nilai Konduktifitas pada Dinding Tangki Produk ....... 32 Tabel 3.13 Material dan Nilai Konduktifitas pada Alas Tangki Produk ............ 34 Tabel 3.14 Material dan Nilai Konduktifitas pada Tutup Tangki Produk .......... 36 Tabel 3.15 Material dan Nilai Konduktifitas pada Dinding Tangki Produk ....... 38 Tabel 3.16 Material dan Nilai Konduktifitas pada Dinding Tangki Refrigeran Sekunder ........................................................................................... 41 Tabel 3.17 Material dan Nilai Konduktifitas pada Alas Tangki Refrigeran Sekunder ........................................................................................... 43 Tabel 3.18 Material dan Nilai Konduktifitas pada Tutup Tangki Refrigeran Sekunder ........................................................................................... 45 Tabel 5.1 Contoh Tabel Pengamatan .................................................................. 74
DAFTAR PUSTAKA
Dossat, Roy J., Principle of Refrigeration, 2nd. Ed., John Wiley & Sons, New York, 1981.
Holman J.P.Heat Transfer, Ir.E Jasjifi M.Sc, Jakarta: Erlangga, 1991.
ASHRAE Handbook of Fundamental, American Society of Heating,
Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Atlanta, 1997.
(http://www.askep.net/teknologi-pengolahan-susu-dan-hasil-ikutan-ternakeniza-saleh.html), 2004)
Geankoplis Christie J.,Transport Processes and Unit Operations, Second
edition, Jakarta:Erlangga,1981
(http://www.binaukm.com, 2011).
