TUGAS AKHIR
PENGARUH PEMASANGAN HEAT EXCHANGER TIPE TUBE IN TUBE PADA SISTEM REFRIGERASI DISPENSER SEBAGAI UPAYA PENGHEMATAN ENERGI
THE EFFECT OF INSTALLATION TUBE IN TUBE HEAT EXCHANGER IN REFRIGERATION SYSTEM OF DISPENSER FOR SAVING ENERGY
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Kelulusan Program Studi Teknik Pendingin dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung
Oleh : M. Danny Setiawansyah NIM 091611044
PROGRAM STUDI TEKNIK PENDINGIN DAN TATA UDARA JURUSAN TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
ii
CURRICULUM VITAE
Name
: M. Danny Setiawansyah
Place of Birth
: Bandung
Date of Birth
: November 9th 1990
Gender
: Male
Permanent address
: K.H. Ahmad Dahlan Street No.69 Bandung
Phone number
: +6282126567260
Email
:
[email protected]
Religion
: Moslem
Motto
: Do the right things with the right ways
Educational Background 1. Polytechnic of Bandung Majoring in Refrigeration and Air Conditioning Engineering 2. Senior High School (2005-2008), SMAN 6 Tasikmalaya 3. Junior High School (2002-2005), SMPN 14 Bandung 4. Elementary School (1996-2002), SDN Griya Bumi Antapani V Bandung
Organization Experiences
1. 2010-2011
HMRA
2. 3. 4. 5. 6. 7.
ASHRAE HMRA Kelompok Ilmiah Remaja (KIR) OSIS Kelompok Ilmiah Remaja (KIR) DrumBand
2009-2010 2009-2010 2006-2007 2005-2007 2005-2007 2005-2007
President Student Member Student Member President Student Member Student Member Student Member
ABSTRAK
Dispenser air minum dengan menggunakan sistem refrigerasi, memiliki
daya pemanasan pada heater mencapai 300 W dan daya pendinginan mencapai 130 W. Tanpa disadari daya listrik dari proses pemanasan serta pendinginan air pada dispenser mengkonsumsi daya listrik yang cukup besar. Tujuan dari rancang
bangun alat ini dengan memanfaatkan temperatur panas pipa discharge untuk pemanasan air sementara sebelum memasuki heater serta membantu kerja proses
heater sehingga heater tidak bekerja terlalu berat dan tidak banyak mengkonsumsi energi listrik. Pemanfaatan panas pipa discharge ini dengan cara membuat alat penukar kalor jenis pipa ganda lawan arah yang memiliki panjang 0,25 m dan berdiameter 25,4 mm yang dibuat sesuai dengan ruang yang tersedia. Diharapkan dengan penambahan alat penukar kalor tersebut akan terjadi penghematan energi. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengambilan data tanpa alat penukar kalor serta membandingkanya dengan menggunakan alat penukar kalor. Data penghematan energi akan terlihat pada alat ukur daya yaitu kWh meter. Dari hasil pengujian, dispenser yang menggunakan alat penukar kalor dapat menghemat konsumsi daya listrik sebesar 0,16 kWh per hari atau sebesar 7,6 % per hari.
Kata kunci : sistem refrigerasi, alat penukar kalor, penghematan energi
i
ABSTRACT
Dispenser with refrigeration
system, has a heating power of heater
reached 300 W and cooling power reached 130 W. Without realizing in the
dispenser , heating and cooling water process consumes considerable the power.
The objective of this design with utilizing the discharge heat pipe temperature for heating water process while before it enters the heater and help the heater so
the heater doesn’t work too hard and don’t consume much electricity. The
using process from discharge of pipe is making the tube in tube heat exchanger
type counter flow which have length 0.25 m and diameter 25.4 mm suitable with the space. Excepted with the addition of heat exchanger, the saving energy will be occur. Testing is done by taking the data without a heat excahnger and compared by using a heat exchanger. The saving energy will be seen in the kWh meter. And the results test, dispenser using a heat exchanger can save eletric power consumption of 0,16 kWh per day or 7,6 % per day. Keywords : vapor compression, heat exchanger, saving energy
ii
KATA PENGANTAR
Assalammu’alaikum.Wr.Wb
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena hanya
dengan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul ”PENGARUH PEMASANGAN HEAT EXCHANGER TIPE TUBE IN TUBE PADA SISTEM REFRIGERASI DISPENSER SEBAGAI
UPAYA PENGHEMATAN ENERGI”. Shalawat serta salam senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membawa manusia kejalan
keselamatan. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memenuhi kelulusan mata kuliah Tugas Akhir, serta sebagai syarat untuk menyelesaikan program Diploma III pada jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung. Selesainya Laporan Tugas Akhir ini tidak luput dari dorongan berbagai pihak yang telah membantu penulis, baik itu berupa moril maupun materil, bimbingan serta kritik yang semuanya berharga. Pada kesempatan ini penulis sangat ingin mengucapkan banyak terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua serta keluarga tercinta penulis, yang selalu mendoakan dan terus memberikan dukungannya baik moral maupun material kepada penulis. 2. Bapak Ade Suryatman Margana, ST., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang telah memberikan izin melaksanakan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Windy Hermawan M., MT. dan bapak Rudi Rustandi, ST., M. Eng. selaku dosen pembimbing yang senantiasa meluangkan waktunya bagi penulis untuk memberikan bantuan, pengarahannya dan bimbingan kepada penulis dalam penyusunan Tugas Akhir ini dengan baik. 4. Seluruh dosen dan staff pengajar jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat bagi penulis pada khususnya serta seluruh mahasiswa.
iii
5. Seluruh staff administrasi jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang
telah memberikan membantu dalam proses administrasi Tugas akhir ini. 6. Dan juga penulis ucapkan kepada bapak Mamay selaku staff perpustakaan
yang telah memberikan pelayanan bagi penulis untuk peminjaman buku.
7. Tidak luput penulis ucapkan kepada staff teknisi bapak Prayogo, bapak
dany, dkk. Yang telah memberikan pelayanan dalam peminjaman alat
selama tugas akhir. 8. Atya Nur Aisha yang selalu memberikan semangat dan doanya kepada
penulis untuk mengerjakan serta menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Eko Puspo dan Jatining Wiwaha selaku partner Tugas Akhir penulis yang
selalu bersama-sama dalam keadaan susah maupun senang. 10. Keluarga besar kosan GAM 17A : Galuh, Tantan, Rinard, Aldhi, Durahman, dan Eka yang selalu memberikan semangat serta memberi solusi ketika penulis mendapatkan masalah selama penyelesaian Tugas Akhir ini. 11. Saudara seperjuangan RA IIIB, yang selalu memberikan semangat, perhatian, doa, dan selalu mau mendengarkan cerita-cerita penulis. 12. Pihak-pihak yang mungkin tidak bisa penulis sebutkan satu per satu, yang secara langsung maupun tidak langsung telah ikut membantu dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari akan adanya kekurangan dalam penulisan laporan ini, karena semua yang ada di dunia ini tidaklah ada yang sempurna. Oleh karena itu penulis memohon maaf apabila ada penulisan yang tidak berkenan dihati pembaca, saran dan kritik membangun merupakan bekal untuk kesuksesan penulis di masa yang akan datang.
Bandung, Juni 2012 Penulis
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................... i
ABSTRACT ..................................................................................................... ii KATA PENGANTAR .................................................................................... iii
DAFTAR ISI................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... vii DAFTAR TABEL .......................................................................................... ix I PENDAHULUAN ............................................................................. 1 BAB
1.1 Latar Belakang.............................................................................. 1 1.2 Maksud dan Tujuan ...................................................................... 2 1.3 Batasan Masalah ........................................................................... 2 1.4 Metode Penulisan ......................................................................... 2 1.5 Sistematika Penulisan ................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI................................................................................. 4 2.1 Hot and Cool Water Dispenser .................................................... 4 2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Dispenser ....................... 5 2.2.1 Proses Kompresi .................................................................. 6 2.2.2 Proses Kondensasi (pengembunan) ..................................... 7 2.2.3 Proses Ekspansi ................................................................... 8 2.2.4 Proses Evaporasi .................................................................. 8 2.3 Komponen pada Dispenser ........................................................... 9 2.3.1 Kompresor ........................................................................... 9 2.3.2 Kondensor............................................................................ 9 2.3.3 Alat Ekspasnsi ..................................................................... 10 2.3.4 Evaporator ........................................................................... 10 2.3.5 Refrigeran ............................................................................ 10 2.3.6 Strainer ................................................................................ 11 2.3.7 Pressure Gauge ................................................................... 12 2.3.8 Hand Valve .......................................................................... 12 2.3.9 Thermostat ........................................................................... 12 2.3.10 kWh Meter ......................................................................... 13 2.3.11 MCB (Mini Circuit Breaker) ............................................. 13 2.3.12 Voltmeter dan Amperemeter ............................................. 14 2.3.13 Switch ................................................................................ 14 v
2.4 Alat Penukar Kalor Pipa Ganda(Tube in Tube Heat Exchanger) 15
BAB III PERANCANGAN HEAT EXCHANGER PADA SISTEM REFRIGERASI DISPENSER ....................................................... 17
3.1 Data Perancangan Sistem ............................................................ 17
3.2 Proses Pembuatan Alat Penukar Kalor ....................................... 18 3.3 Instalasi Alat Penukar Kalor ....................................................... 20
BAB IV LANGKAH PENGERJAAN .......................................................... 22
4.1 Desain Perubahan ........................................................................ 22
2.3.14 Lampu Indikator ................................................................ 15
4.2 Modifikasi Rangka Dispenser ..................................................... 22 4.3 Modifikasi Pemipaan Refrigeran dan Air ................................... 24 4.4 Modifikasi Sistem Kelistrikan .................................................... 26 4.5 Pengecekan Kebocoran ............................................................... 28 4.6 Pemvakuman Sistem ................................................................... 29 4.8 Pengisian Refrigeran ................................................................... 29 4.9 Prosedur Pengambilan Data ........................................................ 31
BAB V ANALISA DATA .............................................................................. 34 5.1 Analisa Pemanasan dan Pendinginan Air ..................................... 34 5.1.1 Proses Pemanasan Air ......................................................... 34 5.1.2 Proses Pendinginan Air ....................................................... 36 5.2 Analisa Temperatur Air Masuk Heater ........................................ 37 5.3 Analisa Perfomansi Sistem Refrigerasi ........................................ 40 5.3.1 Sistem tanpa menggunakan Heat Exchanger ...................... 40 5.3.2 Sistem dengan menggunakan Heat Exchanger ................... 42 5.2 Analisa kWh Meter....................................................................... 43 BAB VI PENUTUP ........................................................................................ 46 6.1 Kesimpulan .................................................................................... 46 6.2 Saran .............................................................................................. 46 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Schematic Dispenser Air Minum pada Umumnya ....................... 4 Gambar 2.2 Siklus Sistem Refrigerasi Kompresi Uap ..................................... 5
Gambar 2.3 Proses Kompresi........................................................................... 6
Gambar 2.4 Kalor yang dibuang di Kondensor ............................................... 7
Gambar 2.5 Proses Entalpi Konstan ................................................................ 8 Gambar 2.6 Kalor yand diserap di Evaporator ................................................ 8 Gambar 2.7 Kompresor .................................................................................... 9
Gambar 2.8 Kondensor .................................................................................... 9
Gambar 2.9 Pipa Kapiler.................................................................................. 10 Gambar 2.10 Evaporator Bare Tube ................................................................ 10 Gambar 2.11 Strainer ...................................................................................... 11 Gambar 2.12 Low and High Pressure Gauge .................................................. 12 Gambar 2.13 Hand Valve ................................................................................. 12 Gambar 2.14 Thermostat ................................................................................. 13 Gambar 2.15 kWh Meter ................................................................................. 13 Gambar 2.16 Mini Circuit Breaker .................................................................. 14 Gambar 2.17 Voltmeter dan Amperemeter ...................................................... 14 Gambar 2.18 Switch ........................................................................................ 14 Gambar 2.19 Lampu Indikator ......................................................................... 15 Gambar 2.20 Counter Flow Heat Exchanger .................................................. 15 Gambar 2.21 Temperatur pada Parallel Flow ............................................... 16 Gambar 2.22 Temperatur pada Counter Flow ................................................. 16 Gambar 3.1 Pipa Penukar Kalor jenis Tube in Tube ........................................ 18 Gambar 3.2 Penekukan Saluran Pipa Refrigeran ............................................. 19 Gambar 3.3 Penggabungan Pipa ...................................................................... 19 Gambar 3.4 Proses Pengelasan ........................................................................ 20 Gambar 3.5 Penempatan Alat Penukar Kalor .................................................. 21 Gambar 4.1 Dispenser Tampak Depan ........................................................... 22 Gambar 4.2 Dudukan Awal ............................................................................. 23 Gambar 4.3 Dudukan Perubahan ..................................................................... 23 Gambar 4.4 Wajah Dispenser Tampak Depan ................................................. 24 vii
Gambar 4.5 Dispenser Tampak Belakang........................................................ 24
Gambar 4.6 Pemipaan Awal ............................................................................ 25
Gambar 4.7 Pemipaan dengan Penambahan Tube in Tube Heat Exchanger ... 25 Gambar 4.8 Diagram Kelistrikan pada Umumnya........................................... 26 Gambar 4.9 Diagram Kelistrikan Modifikasi .................................................. 27
Gambar 4.10 Pemipaan Sistem Keseluruhan ................................................... 32
Gambar 5.1 Grafik Waktu Kerja Heater.......................................................... 35
Gambar 5.2 Grafik Waktu Kerja Kompresor ................................................... 37 Gambar 5.3 Grafik Temperatur Air Masuk Heater ......................................... 38
Gambar 5.4 Plot Diagram P-h tanpa menggunakan Heat Exchanger.............. 40
Gambar 5.5 Plot Diagram P-h dengan menggunakan Heat Exchanger ........... 42
Gambar 5.6 Grafik Perbandingan Konsumsi Energi tanpa dan menggunakan Heat Exchanger ............................................................................ 44
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Data perancangan alat penukar kalor ............................................... 17
Tabel 5.1 Lama Pemanasan Air tanpa Heat Exchanger .................................. 34
Tabel 5.2 Lama Pemanasan Air dengan Heat Exchanger ............................... 34
Tabel 5.3 Lama Pendinginan Air tanpa Heat Exchanger ................................ 36
Tabel 5.4 Lama Pendinginan Air dengan Heat Exchanger ............................. 36
ix
