RANCANG BANGUN MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN PENAMBAHAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE PLAT DATAR
SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
BAHRUN NIZAM LUBIS NIM. 130421030
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Rancang bangun pengering pakaian sistem pompa kalor dengan penambahan alat penukar kalor dilatar belakangi dengan dibutuhkannya untuk pengeringan pakaian yang dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat hari hujan. Perancangan ini bertujuan mendapatkan nilai Coefficient of performance (COP) pompa kalor, nilai Total Performance (TP) dan temperatur udara pengeringan. Perhitungan rancangan berdasarkan teori thermodinamika dan perpindahan panas. Temperatur udara dihitung pada variasi kecepatan udara. Dari hasil perhitungan diperoleh COP pompa kalor sebesar 5,03 dan Total Performance (TP) sebesar 7,79. Temperatur udara pengeringan untuk kecepatan udara 0,3 m/s diperoleh pada ruang pengering (T1) 50oC, keluar ruang pengering/masuk APK (T2) 48,89oC, keluarAPK/masuk evaporator (T3) 26,56oC, keluar evaporator/masuk APK (T4) 16oC dan keluar APK/masuk kondensor (T5) 29,60oC. Pada kecepatan udara 0,5 m/s diperoleh pada ruang pengering (T1) 50oC, keluar ruang pengering/masuk APK (T2) 48,89oC, keluar APK/masuk evaporator (T3) 26,56oC, keluar evaporator/masuk APK (T4) 16oC dan keluar APK/masuk kondensor (T5) 37,84oC. Pada kecepatan udara 0,7 m/s diperoleh pada ruang pengering (T1) 50oC, keluar ruang pengering/masuk APK (T2) 48,98oC, keluar APK/masuk evaporator (T3) 23,53oC, keluar evaporator/masuk APK (T4) 16oC dan keluar APK/masuk kondensor (T5) 41,33oC, sehingga berdasarkan perhitungungan rancangan dapat dilakukan pembuatan mesin pengering.
Kata kunci : pengering, pakaian, pompa kalor, alat penukar kalor, COP
iv Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This clothes with heat pump dryer study was based in order to design dryer which can be used not only at sunny day but rainy day also, because drying process was done by sunshine and wind. Uncertain weather will be have impact on product quality. Highly moisture as a result less heat to decrease moisture will increase microbe population. So, we design a dryer to optimize this drying product. Heat pump with heat excanger can be used as a dryer. This research was made in order to study about Coefficient of performance (COP) is 5,03, Total Performance (TP) is 7,79, and air temperature, , air temperatur for air velocity 0,3 m/s verrieved : T1 is 50oC, T2 is 47,72oC, T3 is 33,71oC, T4 is 16oC, T5 is 29,60oC, air temperatur for air velocity 0,5 m/s verrieved : T1 is 50oC, T2 is 48,89oC, T3 is 26,56oC, T4 is 16oC, T5 is 37,84oC, air temperatur for air velocity 0,7 m/s verrieved : T1 is 50oC, T2 is 48,98oC, T3 is 23,53oC, T4 is 16oC, T5 is 41,33oC. So that after it can do make drying machine product.
Key word : dryer, clothes, heat pump, heat excanger,COP
iv Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan anugerah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan sebaik mungkin. Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini adalah “RANCANG BANGUN MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN PENAMBAHAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE PLAT DATAR”Dalam penulisan Skripsi ini penulis banyak mendapatkan
bantuan baik moral maupun materi dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. Selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir.Mulfi Hazwi,M.sc. selaku dosen penguji 1. 5. Bapak Dr.Eng.Taufiq Bin Nur,ST.M.Eng.Sc dosen penguji 2. 6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 7. Kedua orang tua saya yang selalu memdoakan saya selama pengerjaan tugas sarjana ini. 8. Seluruh rekan-rekan Mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada teman - teman satu tim penelitian dan teman-teman seperjuangan Angkatan Ekstensi 2013 yang tidak dapat disebutkan satu - persatu yang
i Universitas Sumatera Utara
telah membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih belum sempurna. Hal ini dikarenakan terbatasnya pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran-saran yang membangun dari semua pihak untuk perbaikan Skripsi ini. Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan peneliti lainnya. Medan, Juni 2016 Penulis,
Bahrun Nizam Lubis
ii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ...........................................................................
i
ABSTRAK .............................................................................................
iii
ABSTRACT ...........................................................................................
iv
DAFTAR ISI ..........................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR .............................................................................
viii
DAFTAR TABEL ..................................................................................
xi
DAFTAR SIMBOL ................................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ......................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ..............................................................
2
1.3 Tujuan Perancangan ..............................................................
3
1.4 Batasan Masalah....................................................................
3
1.5 Manfaat Penelitian ................................................................
4
1.6 Sistematika Penulisan ...........................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses Pengeringan ...............................................................
6
2.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan pengeringan.
7
2.3 Pakaian ..................................................................................
8
2.3.1 Fungsi Pakaian .......................................................
9
2.3.2 Jenis Dan Bahan Pakaian .......................................
9
2.3.3 Standar Perawatan Pakaian Sesuai Label Pakaian .
15
2.4 Pompa Kalor .........................................................................
20
2.4.1 Siklus Kompresi Uap (SKU) ..................................
21
2.4.2 Performansi Siklus Kompresi Uap ........................
26
2.4.3 Pengeringan Pompa Kalor ......................................
27
2.5 Alat Penukar Kalor Tipe Kompak (Compact Heat excanger)
28
v Universitas Sumatera Utara
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 Waktu dan Tempat Rancang Bangun ....................................
31
3.1.1 Waktu ..........................................................................
31
3.1.2 Tempat Rancang Bangun ............................................
31
3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan...........................................
31
3.2.1 Alat ..............................................................................
31
1. Alat Utama ..................................................................
31
2. Alat Bantu ...................................................................
35
3. Alat Pendukung dan Alat Ukur ...................................
39
3.2.2 Bahan ...........................................................................
41
1. Pakaian ........................................................................
41
2. Bahan Penyusun Mesin Pengring ...............................
41
3.3 Diagram Alir Pelaksanaan Perancangan ...............................
49
3.4 Set Up Mesin Pengering ........................................................
50
BAB IV PERHITUNGAN RANCANG BANGUN 4.1 Rancang Bangun Mesin Pengering .......................................
52
4.1.1 Ruang Pengering .........................................................
53
4.1.2 Ruang Evaporator ........................................................
54
4.1.3 Evaporator ...................................................................
54
4.1.4 Ruang Alat Penukar Kalor ..........................................
55
4.1.5 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate ............................
56
4.1.6 Ruang Kondensor ........................................................
56
4.1.7 Pressure Gauge ...........................................................
57
4.1.8 Kontrol Panel...............................................................
57
4.1.9 Dudukan Alat Pengering .............................................
58
4.2 Prinsip Kerja ..........................................................................
58
4.3 Data Performansi ...................................................................
59
4.3.1 Perhitungan Termodinamika Pompa Kalor .................
59
1. Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁref) ............................
62
2. Kalor yang Dikeluarkan Oleh Kondensor (QK) ...........
62
vi Universitas Sumatera Utara
4. Daya Kompressor(Wc) .................................................
62
3. Coefficient Of Performance Pompa Kalor (COPHP) ...
63
4.3.2 Perhitungan Temperatur udara Pengeringan ...............
63
1. Menentukan Temperatur udara Masuk Kondensor(T5)
63
2. Menentukan Temperatur masuk Evaporator / keluar APK (T3)........................................................... 3. Kalor yang Terjadi diAPK (QAPK)...........
65 67
4.Menentukan Temperatur udara keluar ruang pengering/ masuk APK(T2).............................................................
69
4.4 Proses Pembuatan ..................................................................
71
4.4.1 Proses Pemotongan .....................................................
71
4.4.2 Proses Penyambungan .................................................
72
4.4.3 Proses Pemasangan/Perakitan .....................................
73
4.4.4 Proses Finishing ..........................................................
73
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...........................................................................
76
5.2 Saran .....................................................................................
77
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Jenis Kain Berbahan Katun/Cotton .....................................
10
Gambar 2.2 Jenis Kain Katun Kombed (Combed Cotton)......................
11
Gambar 2.3 Jenis Kain Berbahan Linen .................................................
12
Gambar 2.4 Jenis Kain Berbahan Wool ..................................................
13
Gambar 2.5 Jenis Kain Berbahan Denim ................................................
14
Gambar 2.6 Label perawatan pakaian berbahan cotton 100% ................
16
Gambar 2.7 Label perawatan pakaian berbahan Polyester 100% ...........
16
Gambar 2.8 Label perawatan pakaian berbahan Denim 100% ...............
17
Gambar 2.9 Refrigerator dan pompa kalor (heat pump) .........................
20
Gambar 2.10 Siklus kompresi uap sederhana .........................................
22
Gambar 2.11 Diagram T-s SKU ideal .....................................................
23
Gambar 2.12 Diagram P-h SKU ideal ....................................................
24
Gambar 2.13 Skema pengering pakaian pompa kalor ............................
28
Gambar 2.14 Compact Heat Exchanger, (a) Fin-tube (flat tube, continuous plate fins), (b) Fin-tube (circular tubes, continuous plate fins), (c) Fin-tube (circular tubes, circular fins), (d) Plate-fin (single pass), (e) Plate-fin (multipass) .........................................................................
29
Gambar 2.15. Alat Penukar Kalor tipe Plat Datar ...................................
30
Gambar 3.1 Air conditioner (AC) ...........................................................
32
Gambar 3.2 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plat ......................................
33
Gambar 3.3 Kipas Kondensor .................................................................
34
Gambar 3.4 Kontrol Panel.......................................................................
34
Gambar 3.5 Las listrik .............................................................................
35
Gambar 3.6 Gerinda Tangan ...................................................................
35
Gambar 3.7 Bor Tangan ..........................................................................
36
Gambar 3.8 Meteran................................................................................
36
Gambar 3.9 Penggaris Siku .....................................................................
37
Gambar 3.10 Spidol ................................................................................
37
Gambar 3.11 Gunting Seng .....................................................................
37
viii Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.12 Alat Tembak Paku Rivet ...................................................
38
Gambar 3.13 Alat Tembak Lem Silikon .................................................
38
Gambar 3.14 Timbangan Gantung Digital ..............................................
39
Gambar 3.15 Portable Thermohygrometer .............................................
39
Gambar 3.16 Anemometer.......................................................................
40
Gambar 3.17 Pressure Gauge .................................................................
41
Gambar 3.18 Besi Hollow Galvanis ........................................................
42
Gambar 3.19 Besi Siku Galvanis ............................................................
42
Gambar 3.20 Plat Aluminium .................................................................
43
Gambar 3.21 Baut dan Mur .....................................................................
43
Gambar 3.22 Rockwool Insulation ..........................................................
44
Gambar 3.23 Aluminium foil ..................................................................
44
Gambar 3.24 Kaca ................................................................................
45
Gambar 3.25 Roda trolley .......................................................................
45
Gambar 3.26 Pipa PVC ...........................................................................
46
Gambar 3.27 Sambungan elbow pipa PVC .............................................
46
Gambar 3.28 Kabel NYM .......................................................................
47
Gambar 3.29 Gagang Pintu .....................................................................
47
Gambar 3.30 Engsel Pintu.......................................................................
48
Gambar 3.31. Diagram alir pelaksanaan rancang bangun.......................
49
Gambar 3.32. Set up Mesin pengering ....................................................
51
Gambar 4.1 Mesin pengering pakain sistem pompa kalor dengan APK
52
Gambar 4.2 Ruang pengering .................................................................
53
Gambar 4.3 Ruang Evaporator ................................................................
54
Gambar 4.4 Evaporator ...........................................................................
55
Gambar 4.5 Ruang Alat Penukar Kalor ..................................................
55
Gambar 4.6 Alat Penukar Kalor tipe Flat Plate......................................
56
Gambar 4.7 Ruang Kondensor ................................................................
56
Gambar 4.8 Pressure Gauge ...................................................................
57
Gambar 4.9 Kontrol Panel.......................................................................
57
Gambar 4.10 Dudukan Alat Pengering ...................................................
58
ix Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Sketch rancangan bangun mesin pengering pakaian .........
60
Gambar 4.12 P-h Diagram ......................................................................
60
Gambar 4.13 Tampak Depan ..................................................................
74
Gambar 4.14 Tampak Belakang..............................................................
74
Gambar 4.15 Tampak Kanan ..................................................................
75
Gambar 4.16 Tampak Kiri ......................................................................
75
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat fisik dan termal fibers .....................................................
14
Tabel 2.2 Moisture Regain of Fibers for Moisture Absorption and Desorption at 21˚C ........................................................................
19
Tabel 3.1 Spesifikasi AC ...............................................................................
32
Tabel 4.5 Nilai laju aliran massa pada dititik 5..............................................
64
Tabel 4.6 Nilai Temperatur pada dititik 5 ...............................................
65
Tabel 4.8 Nilai laju aliran massa pada dititik 3.......................................
66
Tabel 4.9Nilai Temperatur pada dititik 3 .......................................................
67
Tabel 4.11 Nilai laju aliran massa pada dititik 4…...........................................
68
Tabel 4.12Nilai QAPK .....................................................................................
68
Tabel 4.14 Nilai laju aliran massa pada dititik 2 ........................................
69
Tabel 4.15 Nilai temperatur pada dititik 2 ..................................................
70
Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Temperatur .....................................................
71
xi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Foto Proses Pembuatan dan Gambar APK tipe plat datar
Lampiran 2
Foto Mesing Pengering
Lampiran 3
Tabel Propertis Refrigerant R 22
Lampiran 4
Tabel Sifat Udara
Lampiran 5
Gambar teknik Mesin pengering pakaian sistem pompa Kalor dengan penambahan APK tipe plat datar
xv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol AC APK COPHP TP PC Pe Qe QK WC QAPK Wfan AK Ae AAPK h h1 h2 h3 h4 T1 T2 T3 T4 T5
𝑚̇u 𝑚̇ref
ρ Cp V
Arti
Satuan
Air Conditioner Alat Penukar Kalor (coefisien of performance) Pompa Kalor Total Prestasi Tekanan Kerja Kompressor Tekanan Kerja Evaporator Kapasitas Evaporator/Kalor Evaporator Panas Yang Dilepas Kondensor Daya Kompresor Kalor yang terjadi di APK Daya Kipas Luas Permukaan Kondensor Luas Permukaaan Evaporator Luas Saluran APK Enthalpi Enthapi Refrigeran Keluar Evaporator Enthalpi Keluar Kompresor Enthalpi Keluar kondensor Enthalpi Keluar Pipa Kapiler Temperatur udara diruang Pengering Temperatur udara keluar ruang pengering/masuk APK Temperatur masuk Evaporator / keluar APK Temperatur udara keluar Evaporator Temperatur udara Masuk Kondensor LajuAliran Massa Udara LajuAliran Massa Refrigeran Massa jenis Kalor Spesifik Kecepatan Udara
Mpa Mpa kW kW kW kW kW m2 m2 m2 kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg o C o C o C o C o C kg/s kg/s kg/m3 kJ/kg.C m/s
xiv Universitas Sumatera Utara
