Perancangan Teknik

Mobile CoolerTugas Perancangan Teknik

I.1 Latar Belakang

Sayur-sayuran dan ikan segar merupakan bahan pangan yang memiliki

banyak kandungan vitamin, oleh karenanya sayur-sayuran dan ikan

mempunyai manfaat yang baik jika dikonsumsi. Bahan pangan tersebut

banyak ditemukan pada Kabupaten Lampung Barat dimana daerah tersebut

salah satu sentra produksi sayuran dan perikanan di provinsi Lampung.

Beberapa contoh bahan pangan tersebut seperti cabai merah, cabai rawit,

kubis (kol), sawi telur, chaisin (sawi mie ayam), wortel, kentang, labu siam,

tomat, buncis dan berbagai macam produk sayuran lainnya. Selain itu potensi

perikanan yang dimiliki Kabupaten Lampung barat cukup beragam, yang

terdiri seperti ikan cakalang, blue merlin, layaran, tuna bahkan lobster yang

memiliki nilai ekonomi tinggi [Pemerintah Kabupaten Lampung Barat, 2011].

Berdasarkan survei di lapangan, hasil pertanian dan perikanan yang

diproduksi oleh para petani dan nelayan di Lampung Barat, dikumpulkan

terlebih dahulu kepada pengumpul dan kemudian dikirim menggunakan

mobil pick-up. Hasil pertanian dan perikanan yang dihasilkan oleh Lampung

Barat banyak dijual ke Bandar lampung yang berjarak 246 km dari Lampung

Barat [Pemerintah Kabupaten Lampung Barat, 2011].

Dalam proses pendistribusian yang jauh tersebut, diperlukan

pendinginan yang berguna untuk mempertahankan mutu dan nilai jual dari

hasil pertanian dan perikanan agar sampai ke tangan konsumen dalam keadaan

segar. Berdasarkan fakta, pendinginan selama ini menggunakan metode

tradisional berupa balok es yang dimasukan kedalam peti penyimpanan untuk

ikan. Sedangkan untuk sayuran cukup dihembuskan angin selama diangkut di

truk bak terbuka.

I.2 Rumusan Masalah

Selama proses pendistribusian hasil pertanian dan perikanan dari

Lampung Barat ke Bandar Lampung, distributor menggunakan pendinginan

berupa balok es dengan temperatur 0oC untuk mempertahankan kesegaran

produk [Bisnis Bali, 2010; Sulastri, 2011]. Sedangkan sayur harus

didinginkan pada temperatur 10oC sampai 14oC konstan [Teknopro, 2002].

rahmat dani, riyon riyan, dian purnama


Dalam pendinginan ikan, demi mengkondisikan ruang pada temperatur yang

lebih rendah dan waktu yang lebih lama, diperlukan balok es dalam jumlah

yang besar. Metode ini memerlukan biaya yang cukup besar dan kurang

praktis.

Disamping itu pendinginan balok es memiliki kelemahan,

diantarannya sifat balok es yang mudah mencair sehingga menyebabkan

temperatur ruang penyimpanan relatif cepat meningkat. Balok es tidak

bertahan lama sampai keadaan mencair, dan mengakibatkan tumbuhnya

mikroorganisme, sel vegetative, ragi, dan jamur. Akibatnya protein akan

mengalami denaturasi dalam temperatur dingin yang mengakibatkan

perubahan penampilan produk. Hal ini akan menurunkan kandungan

vitamin A, B, D, dan E, pada ikan. Lebih lanjut, Lampung adalah daerah

tropis dimana temperatur siang hari dapat mencapai 34oC, sehingga

pendinginan sayur tidak berlangsung dalam temperatur yang seharusnya. Hal

ini akan mengakibatkan sebagian besar sayuran menjadi layu, dan tidak

segar lagi sampai ditangan konsumen.

Untuk mengatasi masalah tersebut, perlu adanya inovasi teknologi

pendingin yang berguna untuk mengawetkan hasil pertanian dan perikanan

agar tetap segar hingga sampai ke tangan konsumen. Teknologi pendingin

yang dimaksud adalah teknologi mobile cooler yang mampu

mempertahankan kesegaran dari sentra pertanian dan perikanan sampai ke

tempat penjualan. Teknologi pendingin ini menggunakan stirling engine

sebagai pengganti sumber energi utama untuk menggerakkan kompresor pada

sistem pendingin konvensional. Karena stirling engine yang diadopsi untuk

mobile cooler merupakan teknologi dengan sumber tenaganya dari energi

panas, maka dimanfaatkanlah energi surya untuk menyuplai daya ke stirling

engine. Selain itu panas dari gas buang kendaraan digunakan juga untuk

menyuplai daya mobile cooler untuk pendistribusian produk saat malam hari.

Dengan menggunakan kedua sumber tenaga tersebut maka teknologi mobile

cooler ini dapat digunakan dalam keadaan apapun.


http://id.wikipedia.org/wiki/Vitamin_E

http://id.wikipedia.org/wiki/Vitamin_D

http://id.wikipedia.org/wiki/Vitamin_B

http://id.wikipedia.org/wiki/Vitamin_A

http://id.wikipedia.org/wiki/Protein

http://id.wikipedia.org/wiki/Jamur

http://id.wikipedia.org/wiki/Ragi


I.3 Konsep Desain

I.3.1 Analisa Kebutuhan

Merupakan salah satu proses yang harus dilakukan dalam melakukan

suatu perancangan, hal ini dimaksudkan untuk mengetahui kebutuhan apa

yang diperlukan didalam pasar atau konsumen. Lampung Barat merupakan

wilayah penghasil dan penyalur hasil pertanian dan perikanan terbesar di

wilayah Lampung, saat ini mengalami kendala untuk menjaga kualitas

(kesegaran sayuran dan ikan) saat pendistribusiaan keseluruh wilayah yang

ada di Lampung, khususnya pada jarak tempuh yang cukup jauh (waktu

tempuh lebih dari 5 jam). Untuk jarak tempuh yang relative dekat, metode

yang di terapkan saat ini yaitu dengan menggunakan es dalam proses

pendistribusannya masih cukup efektif. Namun, untuk jarak tempuh yang

cukup jauh metode ini sudah tidak efektif lagi untuk da lakukan, karena

sayuran dan ikan ketika sampai di tempat penjualan (Pasar) sudah tidak segar

lagi, sehingga minat konsumen untuk membeli ikan dan sayuran menurun.

Berdasarkan atas kebutuhan di atas, maka dilakukan sebuah perancangan

tentang mobile cooler sebagai salah satu solusi untuk menyelesaikan masalah

tersebut.

I.3.2 Tuntutan Kebutuhan

Merupakan aspek yang harus dipenuhi dalam pembuatan atau

pengembangan produk baru tersebut, yang menjadi gambaran keinginan dari

konsumen atau pasar. Dari aspek tuntutan kebutuhan ini, biasanya konsumen

cenderung lebih memilih ikan atau sayuran yang lebih segar daripada sayuran

yang tidak segar. Dari tuntukan konsumen tersebut, untuk mengurangi tingkat

kerusakan pada sayuran dan ikan serta tidak mengurangi harga jualnya, Maka

dirancanglah mobile cooler yang dimaksudkan untuk mempertahankan

perekonomian masyarakat lampung barat yang bekerja sebagai petani dan

nelayan.



Berdasarkan tuntutan-tuntutan kebutuhan tersebut maka didisain

sebuah inovasi tentang pendingin yaitu mobile cooler yang sekaligus menjadi

gambaran keinginan dari konsumen antara lain adalah:

Jenis Alat : Mobile Cooler

Kapasitas beban max : 4000 Kg

Dimensi Alat (mobile cooler) : (2 x 2 x 4)m = (p x l x t)

Sumber tenaga : Baterai/ stirling engine

Penggunaan : Terpasang pada kendaraan (mobil)

Pengoperasian : dapat beroperasi ketika kendaraan

hidup ataupun berjalan

Mobile cooler harus mampu mencapai pendinginan hinngga mencapai

suhu 0o C sampai 15o C, hal ini di tujukan untuk mencapai temperatur

pendinginan sayuran dan ikan.

I.3.3 Target perencanaan

Adapun konsep disain dari perancangan Mobile Cooler ini antara

lain :

1. Ramah lingkungan.

Hal ini dibuktikan dengan mengurangi kadar polusi hasil gas buang

kendaraan yang langsung di salurkan ke stirling engine sehingga gas

buang yang biasanya terbuang ke udara luar sekarang dengan

rancangan ini gas buang akan langsung disalurkan untuk

menggerakkan stirling engine.

2. Efektif dan Efisien

Untuk pendinginan ikan yang akan di distribusikan nelayan dari

lampung barat menuju bandar lampung harus menempuh jarak yang

cukup jauh, untuk itu jika hanya menggunakan balokan ES sebagai

media pendinginnya maka sesampainya di wilayah Bandar Lampung

ikan akan pucat dan tidak segar lagi sehingga mengurangi minat

pembeli, oleh karena itu kita mengadopsi mesin pendingin yang sudah

dipasarkan di wilayah ramai sehingga dengan mobile cooler ini yang



sistim kerjanya seperti Kulkas akan menjaga kesegaran ikan saat di

distribusikan menuju ke Bandar Lampung sehingga ikan tidak cepat

pucat wajahnya.

3. Murah

Untuk menjalankan mobile cooler ini tidak memerlukan tambahan

biaya seperti arus listrik,dll. Karena mesin ini akan bergerak dengan

sendirinya dengan hanya memanfaatkan panas dari gas buang

kendaraan.

4. Mobile

Dapat dibawa kemanapun yang kita inginkan, jadi mobile cooler ini

dibuat agar mampu untuk dibawa kemanapun yang kita mau dan tidak

terepatok pada satu tempat saja.

I.4 Tujuan

Tujuan dari perancangan ini adalah untuk membuat teknologi mesin

pendingin mobile yang mampu mempertahankan kesegaran dan

meningkatkan kualitas hasil pertanian dan perikanan dari sentra produksi

sampai ke tempat penjualan.

1.5 Kegunaan

1. Mempertahankan kesegaran hasil pertanian dan perikanan dari sentra

produksi hingga sampai ke tangan konsumen.

2. Meningkatkan perekonomian dari pedagang.

3. Meningkatkan nilai guna gas buang dari kendaraan.

1.6 Abstraksi Fungsi Benda Keseluruhan

Merupakan gambaran umum dari fungsi keseluruhan alat atau benda

yang kita desain atau kita buat. Fungsi dari mobile cooler ini berfungsi

sebagai ruang pendingin untuk menjaga kualitas atau tingkat kesegaran

sayuran dan ikan pada saat didistribusikan.



Adapun uraian dan pemilihan fungsi keseluruhan menjadi fungsi bagian

adalah fungsi dari keseluruhan benda atau alat yang kita desain atau yang

akan kita buat diuraikan menjadi fungsi dari setiap bagian yang ada pada

benda tersebut. Mobile cooler merupakan suatu alat yang digunakan untuk

pendinginan hasil pertanian dan perikanan yang akan dijual, mobile cooler ini

terdiri dari beberapa bagian utama atau komponen utama yang mempunyai

fungsi yang berbeda-beda, yaitu:

1. Evaporator

Berfungsi mengambil panas zat pendingin agar menjadi lebih

dingin serta merubahnya menjadi gas. Sepintas mirip kondensor cuma

evaporator lebih banyak mengambil panas dibandingkan kondensor.

2. Kondensor (condenser)

Berfungsi mendinginkan atau memperkecil kalor zat pendingin

yang telah diberi tekanan oleh kompresor. Pada saat diberi tekanan

kompresor suhu zat pendingin menjadi panas, setelah melewati kondensor

menjadi dingin dan berubah jadi cair

3. Kompresor

Berfungsi memberikan tekanan pada zat pendingin (refrigerants)

agar bersikulasi pada sistem. Kompresor ada dua jenis yaitu jenis rotari

(gerakan rotor di dalam stator kompresor akan menghisap dan menekan

zat pendingin) dan torak ( untuk menghisap dan menekan zat pendingin

dilakukan oleh gerakan torak di dalam silinder kompresor ).

4. Katub Expansi (expansion valve)

Berfungsi menurunkan tekanan zat pendingin dari kondensor

sebelum masuk ke evaporator, tujuannya agar zat pendingin berfungsi

optimal menyerap panas di sekitar evaporator

5. Receiver dryer/ drier

Berfungsi menyerap atau mengeringkan uap air sebagai efek

pendinginan zat pendingin dari kondensor.



Gambar 1. Komponen Utama Mobile Cooler

1.7 Morfologi pemilihan alternatif disain

No Fungsi bagian Fungsi alternatif

1Sumber tenaga

penggerak Gas Buang Kendaraan Battery

(Aki)

2 PenggerakMotor DC Stirling

Engine

3 Sistim TransmisiGear + rantai

Pulley + V-belt

4 Pengatur tekanan Kompresor

5 Siklus pendinginanEvaporator + drier + kondensor +

katub ekspansi

6 Pengeringan Uap AirReceiver dryer / drier

7Bentuk Kotak

Pendingin

Bentuk persegi dengan susunan rak didalanya

Bentuk persegi tanpa rak

variasi 1 (Biru)

Gas sisa pembakaran – (stirling engine + puli) – van belt (sebagai

penghubung) – kompresor – [kondensor – drier – katub expansi –

evaporator] – terdapat didalam kotak dengan tambahan rak -

selanjutnya siklus berulang.



Gambar 2. Variasi 1

variasi 2 (Merah)

Gas sisa pembakaran – (stirling engine + puli) – van belt (sebagai

penghubung) – [kompresor – kondensor – drier – evaporator –

katub expansi – evaporator] – terdapat didalam kotak tanpa rak -

selanjutnya siklus berulang.

Gambar 3. Variasi 2

Variasi 3 (hitam)

baterai (accu) – motor DC – (gear + rantai) sebagai penghubung –

kompresor – [kondensor – drier – katub expansi – evaporator] –

terdapat didalam kotak dengan tambahan rak - selanjutnya siklus

berulang.



Gambar 4. Versi 3

1.8 Kriteria Penilaian Alternatif Dari Variasi Konsep Disain

konstruksi kokoh tetapi sederhana, yaitu: mobile cooler ini di disain

dengan harapan agar mampu digunakan untuk membawa sayuran

dan ikan hasil pertanian dan perairan dengan jumlah yang cukup

banyak tetapi tidak menimbulkan perubahan atau kerusakan yang

cepat.

mudah di operasikan, yaitu mencakup keseluruhan aspek yang

mempengaruhi pengoprasian mobile cooler.

Mudah dalam melakukan perawatan, yaitu: mobile cooler ini di

disain sedemikian rupa agar memudahkan dalam melakukan

perawatan atau perbaikan apabila terjadi suatu kerusakan.

ramah lingkungan, yaitu: mobile cooler ini di disain dengan

memanfaatkan dari gas buang dan menggunkan motor listrik, Hal ini

dibuktikan dengan mengurangi kadar polusi hasil gas buang

kendaraan yang langsung di salurkan ke stirling engine sehingga gas

buang yang biasanya terbuang ke udara luar sekarang dengan

rancangan ini gas buang akan langsung disalurkan untuk

menggerakkan stirling engine. Dan dengan motor listrik tidak

menimbulkan suara bising.

Murah , yaitu: Untuk menjalankan mobile cooler ini tidak

memerlukan tambahan biaya yang banyak. Karena mesin ini akan

bergerak dengan sendirinya dengan hanya memanfaatkan panas dari

gas buang kendaraan. Dan arus listrik yang dapat di ambil langsung

dari baterai mobil.

Efektif dan efisien, yaitu: Untuk pendinginan ikan yang akan di

distribusikan pelayan menuju tempat penjualan yang cukup jauh, jika

hanya menggunakan balokan ES sebagai media pendinginnya maka

sesampainya di wilayah penjualan atau pemasaran tersebut ikan akan



pucat dan tidak segar lagi sehingga mengurangi minat pembeli, oleh

karena itu dengan mobile cooler ini yang sistim kerjanya seperti

Kulkas akan menjaga kesegaran ikan saat di distribusikan menuju ke

Bandar Lampung sehingga ikan tidak cepat pucat wajahnya.

Tabel penilain terhadap variasi konsep

Kriteria seleksi

Bobot

Konsep

Variasi 1 Variasi 2Variasi 3

RatingNilai bobot

RatingNilai bobot

RatingNilai bobot

konstruksi kokoh tetapi

sederhana

25 % 3 0.75 4 1 30.75

mudah di operasikan

5 % 2 0.1 3 0.15 20.1

Mudah dalam

melakukan perawatan

20 % 3 0.6 4 0.8 20.4

ramah lingkungan

10 % 4 0.4 4 0.4 40.4

Murah 15 % 2 0.3 3 0.45 30.45

Efektif dan

efisien25 % 3 0.75 4 1 2

0.5

Total nilai 2.9 3.82.6

peringkat 2 13



Keterangan: Range untuk rating/penilaian adalah 2 sampai 4

2 - nilai dibawah rata-rata

3 – nilai rata-rata

4 – nilai diatas rata-rata

1.9 Embodiment dan detail design

1.9.1 Embodiment design

Cooler box didesain mengikuti konstruksi box pada truk pengangkut,

diperkecil dengan skala 1:5. Cooler box difungsikan untuk lemari

pendingin yang dilengkapi instalasi pendingin yang lengkap untuk

pendinginan ikan dan sayuran dalam kompartemen yang berbeda.

Perancangan komponen cooler box meliputi perancangan evaporator dan

condenser untuk mendapatkan luas permukaan perpindahan panas untuk

mencapai temperatur pendinginan sayuran dan ikan. Terakhir adalah

penentuan daya kompresor yang sesuai dengan beban termal rancangan.

Gambar 1. Evaporator dan kondenser

Laju perpindahan panas pada evaporator dihitung dengan (Hewitt, 1994;

Ozisik, 1987; Stoecker, W.F, 1982)

Perhitungan laju perpindahan panas pada evaporator


Th in

Th out

Tc in


(1)

ρ=m∀

1000 kg/m3 = m

0.2 m2

200 kg = m

Qeva = m.Cp. ∆T

= 200.1.23(320 - 00)

= 7872 W

Dimana, Qeva : Laju perpindahan panas pada evaporator

m : laju aliran massa

∀ : luas permukaan perpindahan panas

Cp : control pressure (pada table termodinamika, dicari berdsarkan

Temperatur).

∆ T : beda temperatur (masuk dan keluar)

Perhitungan daya kompresor dihitung dengan persamaan

(2)

Dimana, wcomp : daya kompresor

Qevap : laju perpindahan panas evaporator

COP : coefisien opersi

Asumsi COP = 4*

*Untuk menghitung daya kompresor ini, COP di asumsikan 4. Mengapa,

hal ini ditujukan untuk memperkecil daya kompresor yang dibutuhkan.

Semuanya itu berdasarkan rentang perencanaan yang akan dibuat.

Wcomp = Qevap

4 =

78724

=1968W =2.63 PK



312.( ) .( )

" ., . .Pr

"

l v l sat ss l fg n

fg l

sref

sat s

g Cp T Tq h

Cs f h

qh

T T

Maka daya kompresor yang digunakan > 2.63 PK untuk dapat mencapai

temperatur hingga 00C.

Perhitungan beda temperatur logaritmik sepanjang evaporator dapat dihitung

dengan mengunakan persamaan:

Asumsi :

Th in = 300C

Thout = Thin +¿]

= 30 + [32−0

2¿

= 460C

R = Th∈¿−T hout

TC out−TC ∈¿¿¿

= 30−460−32

= −16−32

=0.5

P=TC out−TCin

T h∈¿−TCin= 0−32

30−32=1.6¿

Perhitungan koefisien konveksi pada refrigrant

¿q' '=813,4914


(3)

(4)

Dimana ,

Th,in : temp. panas masuk

Th, out : temp. panas keluar

Tc, in : temp. dingin masuk

Tc, out : temp. dingin keluar

∆ T LMTD : beda temperatur logaritmik

(Pada Apendix Tabel A.2 - A.6 Thermophysical Properties of Saturated)


23

16

89 27

16

..( )

0,387.0,60

0,5591 Pr

.

D s o

DD

D

o

g CpRa T T D

k

RaNu

Nu Kh

D

Perhitungan koefisien konveksi di evaporator

NuD=83.81

Perhitungan ukuran dari evaporator dihitung menggunakan persamaan

U= 11H

+1H

= 11

813,4914−

183,88695907

= 1

1,229269 x 10−3+0,011920804= 1

0,013150073=76 , 04520522

qevap = U.A.∆Tlmtd. F

qevap = U. Π. D.L.∆Tlmtd.F

1398,67W = 76.04520522 (3.14)(0,0127).L(280,8173007 K) 0.95

L= 1398.67809.0077295

m

L=1.728870997

Perhitungan laju perpindahan panas pada condenser dihitung dengan


(5)

(6)


COP= qevapqcond−qevap

2= 3147 Wqcond−3147 W

Qcond=4720,5 W

Perhitungan beda temperatur logaritmik sepanjang evaporator

Qcond = Mevp.C Pr eff @ 350C ∆Treff

4720,5W = 0.288906 j . 14725 j

KgK(313−Tcout ) K

Tcout = 301 K

Tcout = 28.90C

Thout=30+[ 40−28,92 ]C

Thout = 33.550C

R=Thin−T hout

T cout−T Cin

=30−35.5528,9−40

=0.5

P=T cout−T cin

T hin−T hout

=28,9−4030−40

=1,11

Dari P & R di dapat F = 0.95

Dimana, F: factor koreksi konfigurasi heat exchanger berdasarkan nilai P

dan R (F dapat diperoleh dari table Heat Exchanger)


(7)

(8)


∆ T LMTD=(Thi−Tco )−(Tho−Tci )

ln( Thi−TcoThou−Tci )

=(30−28,9 )−(35,55−40 )

ln( 30−28,935,55−40 )

=5.551.39

=3,99

Perhitungan untuk menentukan ukuran dari condenser dihitung

menggunakan persamaan:

(9)


hd=0 , 555[gρ( ρi− ρv )k3h fg

μ(T sal−T s )D in]1/ 4

¿917 , 769

NuD=C . ReD Pr2( PrPr1

)1

4

¿364 , 74

h=NuD

D

¿364 , 742

¿182 ,23

U=11

H+1

H

¿11

917 ,769+1

182 ,23¿152 , 04

qcond=UAΔTLmTd Fqcond=Uπ DL ΔTLmTd F472 , 05=152 ,04 (3 ,14 )(0 ,02 )L(3 , 99 )0,7L=3,6


1.9.2 Ditail design

Dari penilaian terhadap beberapa kombinasi alternatif

fungsi bagian diatas, maka diambil keputusan untuk dilakukan

disain pada kombinasi variasi nomor 2, yaitu: Gas sisa pembakaran

– (stirling engine + puli) – van belt (sebagai penghubung) –

[kompresor – kondensor – drier – evaporator – katub expansi –

evaporator] – terdapat didalam kotak tanpa rak - selanjutnya siklus

berulang.

Box bagian luar pada gambar di buat transparan agar

bentuk bagian dalam terlihat.

Adapun material dari komponen-komponen atau bagian-bagian yang

digunakan pada variasi terpilih ini yaitu:


Stirling engine

Puli

Box luar*

Box dalam

Condenser

Evaporator

Van belt

Kompresor


Bagian kotak atau box bagian dalam yaitu menggunakan material

baja AISI 1045, pemilihan material baja ini ditujukan agar kotak

bagian dalam pendingin kuat dan tahan lama. Kemudian dilapisi

dengan material alumunium pada bagian dalam box untuk menegah

terjadinya karat pada bagian dalam karena sering terkena air,

sehingga tidak menyebabkan kerusakan pada ikan dan sayuran.

Bagian disain dari evaporator dan kondensor ini menggunakan

material tembaga. Adapun tujuan dari penggunaan material

tembaga, karena tembaga memiliki konduktifitas termal yang

besar, sehingga akan lebih cepat untuk mendistribusikan panas.


Perancangan Teknik

Documents

Transcript of Perancangan Teknik