Pembimbing :Ir. Denny M.E. Soedjono,M.T

Tugas akhirPerencanan Mesin Pendingin Sistem Absorpsi (Lithium Bromide) Dengan

Tinjauan Termodinamika

Oleh :Robbin Sanjaya

2106.030.060

PENDAHULUAN1. Latar BelakangMesin pendingin yang sudah umum dipakai di Indonesia selama

ini menggunakan daur kompresi uap dimana dalampengoperasiannya membutuhkan daya listrik yang cukup besarserta adanya efek buruk dari refrigeran yang digunakanterhadap lingkungan sekitar.

Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini yaitu denganmenggunakan sistem absorpsi. Pada sistem ini sebagian besarbiaya operasinya berkaitan dengan pemberikan panas padagenerator dan daya listrik yang dibutuhkan jauh lebih kecilsehingga lebih ekonomis. Pada saat ini untuk mendapatkanenergi panas jauh lebih mudah, salah-satunya denganmemanfaatkan panas dari gas buang kendaraan bermotor.

2. Rumusan MasalahDalam penyusunan tugas akhir ini, masalah yang kami

bahas adalah :1.Untuk mengetahui dan memahami prinsip kerja dari

alat penyejuk udara dengan sistem absorpsi.2.Nilai COP dari refrigerasi absorpsi yang

memanfaatkan panas dari gas buang kendaraan bermotor.

3. Tujuan PenulisanPenulisan tugas akhir ini bertujuan untuk :1. Melakukan pengujian (eksperimen) dan pengambilan

data dari mesin pendingin udara absorpsi yang telah direncanakan pada tugas akhir terdahulu.

2. Mengetahui nilai COP dari hasil pengujian.

4. Batasan MasalahDalam pambahasan perencanaan ini, kami memberikan

batasan masalah untuk lebih memfokuskan isi laporansebagai berikut :

1.Sistem pendingin terisolasi sempurna dan tidak ada kebocoran.2.Mesin pendingin diasumsikan dalam keadaan normal atau

Kondisi steady state 3.Dalam perhitungan tidak disertakan faktor biaya4.keluar dari kondenser diasumsikan cair jenuh

DASAR TEORISiklus Kompresi Uap Ideal

kondensor

Qe

4

3

Qc

2s

1

WckompresorKatup ekspansi

evaporator

Siklus absorpsi

Komponen AC absorpsi1. Absorber2. Pompa3. Penukar Panas4. Generator5. Kondensor6. Pipa Kapiler 7. Evaporator8. Katup tortel

Prinsip Kerja Refrigerasi AbsorberPrinsip kerja dari sistem refrigerasi absorpsi sebagai berikut:

Menyerap uap tekanan rendah dari evaporator ke dalam suatu zatpenyerap yang cocok, pada proses ini dilakukan di dalam absorber.Menaikan tekanan zat cair dengan pompa.Terjadi peningkatan temperatur zat cair setelah melewati penukar kalor.Membebaskan uap dari zat cair yang dilakukan dengan cara memberikan

kalor, uap kaya refrigeran itu akan diteruskan ke kondensor.Zat cair yang miskin refrigeran akan dikembalikan ke absorber melalui

katup tortel.Pada kondensor terjadi pelepasan kalor sehingga kondisi refrigeran

menjadi cair jenuh.Kemudian refrigeran masuk pada pipa kapiler pada tekanan tinggi,

selanjutnya tekanannya diturunkan menuju tekanan evaporator.Siklus ini berlangsung secara kontinyu sampai dapat mendinginkan

ruangan

METODOLOGI

Pembahasan

&

Kesimpulan

Selesai

Pengambilan data tamperatur dan tekanan

Pengecekan alat uji

Mulai

Sketsa alat uji

Perhitungan dan analisa

Tinjauan pustaka

Data Hasil Percobaan pengukuran temperatur pada knalpotdengan jarak ukur 190 cm dari manifold knalpot

• Dalam pengambilan data temperatur knalpot dilakukan pada mobil:Merk :Mitsubishi kudaJenis/model : Station WgnTahun/cc : 2001/2500Bahan bakar : Solar

Engine speed Temperatur knalpot1000 851300 901500 951700 1001900 1052100 1102300 1152500 120

Grafik variasi temperatur knalpot terhadap Putaran mesin

DATA PERHITUNGAN

Data-data yang digunakan dalam perhitungan ini adalah :1. Temperatur kondensasi : 50°C2. Temperatur evaporasi : 10°C3. Temperatur absorber : 40°C4. Temperatur generator : 120°C5. Weak solution : 57% LiBr6. Strong solution : 68.8% LiBr7. Laju aliran massa pompa : 0.6 kg/det

Gambar titik-titik temperatur pada siklus absorpsi

Titik 4, larutan dingin jenuh dari absorberp = 1.23 Kpa dan t = 40°Cx4 = 0.57h4 = -160 kJ/kg

Titik 2, larutan panas jenuh dari generator :p = 12.3 Kpa dan t = 50°Cx2 = 0.688h2 = -22 kJ/kg

Titik 1a, larutan jenuh pada tekanankondenser dan konsentrasi 0.57 LiBrh1 = h4a + w2 (h2 – h3)/w4h1 = (-160) + 0.4970 (-22 – (-140))/0.6h1 = -62.2383 kJ/kg

Tititk 3, larutan jenuh pada tekananevaporator dan konsentrasi 0.688 LiBrt3 = 40°Ch3 = -140 kJ/kg

Titik 3a, mempunyai entalpi, temperatur dankomposisi sama dengan titik 3. Yang berbedaadalah tekanan pada titik 3a lebih rendahdikarenakan terdapatnya katup trote. t3a = 1.23 Kpa

Titik 4a,p = 12.3 Kpa dan t4a = 40°Ch4 = h4a = -160 kJ/kg

Titik 5, keadaan uap panas lanjut.(ref. 1 hal 454) h5 = (2501 + 1.88 t)h5 = (2501 + 1.88 X 120°C) = 2726.6 kJ/kg

Titik 6, air jenuh pada 40°C(lampiran 8)h6 = 209.26 kJ/kg

Titik 7, p = 1.23 Kpa dan t = 10°C (cair + uap)h6 = h7 = 209.26 kJ/kg

Titik 8, p = 1.23 Kpa dan t = 10°C (uap jenuh)h8 = 2519.9 kJ/kg

Laju aliran massa yang diberikan dari absorber kegenerator. w4 = w1a = 0.6 kg/det

Laju aliran massa yang diberikan dari generator keabsorber.w2 + w5 = w4 = 0.6 kg/detw4 . x4 = w2 . x2 0.6 (0.57) = w2 (0.688)w2 = w3 = w3a = 0.4970 kg/det

Laju uap air yang didistilasikan per ton refrigerasiw2 + w5 = w4 = 0.6 kg/det0.4970 + w5 = 0.6 w5 = w6 = w7 = w8 = 0.1029 kg/det

Kalor yang dibuang di kondenser.Qc = w5h5 – w6h6 Qc = 0.1029 (2726.6 - 209.26)Qc = 259.0518 kWKalor yang dibuang di absorber.Qa = w2h2 + w8h8 – w4ah4aQa = 0.4970(-22) + 0.1029(2519.9) – 0.6(-160)Qa = 285.7223 kWKalor yang diberikan di generator.Qg = w5h5 + w2h2 – w4ah4aQg = 0.1029(2726.6) + 0.4970(-22) – 0.6(-160)Qg =306.9931 kW

Kalor yang diambil evaporator.Qe = w8h8 – w6h6Qe = 0.1029(2519.9 - 209.26)Qe = 237.781 kW

Menentukan COPabs

COPabs =Qe/Qg

= 0.7745

Tabel Perhitungan COP Dengan VariabelTemperatur Pada Generator

Ta (°C ) Tg (°C) Tc (°C) Te (°C) X weak (%) X Strong (%) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) h5(kJ/kg) h6 (kJ/kg)40 85 50 10 57 56 -158 -158 -67.41071 -70 -159 -15940 90 50 10 57 58 -158 -158 -64.63793 -65 -160 -16040 95 50 10 57 61 -158 -158 -59.88525 -55 -160 -16040 100 50 10 57 62 -158 -158 -58.70968 -50 -158 -15840 105 50 10 57 63.8 -158 -158 -59.72414 -46 -156 -15640 110 50 10 57 65.3 -158 -158 -58.49005 -38 -152 -15240 115 50 10 57 66.8 -158 -158 -59.01796 -32 -148 -14840 120 50 10 57 68.8 -158 -158 -60.23837 -22 -140 -140

h7 (kJ/kg) h8 (kJ/kg) h9 (kJ/kg) h10 (kJ/kg) w1 (kg/s) w4 (kg/s) w7 (kg/s) Qe (kW) Qa (kW) Qg (kW) Qc (kW) COP2660.8 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.610714 -0.01071 -24.7569 -29.3025 -30.8121 -26.2665 0.8034772670.2 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.589655 0.010345 23.90317 26.5231 28.07793 25.458 0.8513152679.6 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.560656 0.039344 90.91043 104.2387 110.522 97.1937 0.8225552689 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.551613 0.048387 111.8052 129.5758 137.7581 119.9874 0.811605

2698.4 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.53605 0.06395 147.7651 172.3234 183.7384 159.1801 0.8042142707.8 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.523737 0.076263 176.2173 207.3682 221.6981 190.5472 0.7948522717.2 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.511976 0.088024 203.3917 240.8391 258.2062 220.7588 0.787712726.6 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.497093 0.102907 237.781 284.5223 305.7931 259.0518 0.777588

Grafik variasi COP (coefficient of performance) terhadapperubahan temperatur generator

Grafik tingkat perpindahan panas pada komponen-komponen refrigerasi absorpsi terhadap perubahan temperatur generator

Ta (°C ) Tg (°C ) Tc (°C ) Te (°C ) X weak (%) X Strong (%) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) h5 (kJ/kg) h6 (kJ/kg)40 90 40 10 57 63 -158 -158 -76.5714 -65 -155 -15540 90 42 10 57 62.5 -158 -158 -73.184 -64 -157 -15740 90 44 10 57 60.5 -158 -158 -67.5537 -63 -159 -15940 90 46 10 57 60 -158 -158 -65.375 -62.5 -160 -16040 90 48 10 57 58.8 -158 -158 57.20408 62 -160 -16040 90 50 10 57 58 -158 -158 -60.7069 -61 -160 -16040 90 52 10 57 57.5 -158 -158 -58.8696 -60 -160 -160

h7 (kJ/kg) h8 (kJ/kg) h9 (kJ/kg) h10 (kJ/kg) w1 (kg/s) w4 (kg/s) w7 (kg/s) Qe (kW) Qa (kW) Qg (kW) Qc (kW) COP2670.2 167.45 167.45 2519.9 0.6 0.542857 0.057143 134.4257 154.6514 163.24 143.0143 0.8234852670.2 175.31 175.31 2519.9 0.6 0.5472 0.0528 123.7944 141.9403 149.8762 131.7302 0.8259782670.2 184.17 184.17 2519.9 0.6 0.565289 0.034711 81.07493 92.38661 97.60364 86.29195 0.8306552670.2 192.53 192.53 2519.9 0.6 0.57 0.03 69.8211 79.197 83.706 74.3301 0.8341232670.2 200.89 200.89 2519.9 0.6 0.581633 0.018367 42.59406 48.02265 50.78327 45.35467 0.8387422670.2 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.589655 0.010345 23.90317 26.5231 28.07793 25.458 0.8513152670.2 217.62 217.62 2519.9 0.6 0.594783 0.005217 12.0119 12.78209 13.56626 12.79607 0.885424

Tabel Perhitungan COP Dengan Variabel Temperatur Pada Condensor

Grafik variasi COP (coefficient of performance) terhadap perubahan temperatur condensor

Grafik tingkat perpindahan panas pada komponen-komponen pada refrigerasi absorpsi terhadap perubahan temperatur condensor

Ta (°C ) Tg (°C ) Tc (°C ) Te (°C ) X weak (%) X Strong (%) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) h5 (kJ/kg) h6 (kJ/kg)30 90 50 10 50 58 -168 -168 -66.27586 -62 -180 -18035 90 50 10 53.5 58 -162 -162 -62.37931 -62 -170 -17040 90 50 10 57 58 -158 -158 -61.68966 -62 -160 -160

h7 (kJ/kg) h8 (kJ/kg) h9 (kJ/kg) h10 (kJ/kg) w1 (kg/s) w4 (kg/s) w7 (Kg/s) Qe (kW) Qa (kW) Qg (kW) Qc (kW) COP2670.2 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.5172414 0.0827586 191.22538 216.24 228.67862 203.664 0.8362192670.2 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.5534483 0.0465517 107.56428 120.41948 127.41621 114.561 0.8441962670.2 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.5896552 0.0103448 23.903172 26.523103 28.077931 25.458 0.851315

Tabel Perhitungan COP (coefficient of performance) Dengan Variabel Temperatur Pada Absorber

Gravik variasi COP (coefficient of performance) terhadap perubahan temperatur absorber

Grafik tingkat perpindahan panas pada masing-masing komponen refrigerasi absorpsi terhadap perubahan temperatur absorber

Tc (°C) Te X weak (%) X Strong (%) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) h5 (KJ/kg) h6 (kJ/kg)50 10 50 62 -145 -145 -57.90323 -50 -158 -15850 10 51 62 -148 -148 -59.16129 -50 -158 -15850 10 53 62 -150 -150 -57.67742 -50 -158 -15850 10 55 62 -155 -155 -59.19355 -50 -158 -15850 10 57 62 -160 -160 -60.70968 -50 -158 -158

h7 (kJ/kg) h8 (kJ/kg) h9 (kJ/kg) h10 (kJ/kg) w1 (kg/s) w4 (kg/s) w7 (kg/s) Qe (kW) Qa (kW) Qg (kW) Qc (kW) COP2689 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.483871 0.116129 268.33239 303.18194 322.81935 287.96981 0.8312152689 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.4935484 0.1064516 245.97135 279.06677 297.06774 263.97232 0.8279982689 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.5129032 0.0870968 201.24929 228.43645 243.16452 215.97735 0.8276262689 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.5322581 0.0677419 156.52723 179.60613 191.06129 167.98239 0.8192512689 209.26 209.26 2519.9 0.6 0.5516129 0.0483871 111.80516 130.77581 138.95806 119.98742 0.804596

Tabel Perhitungan COP Dengan Variabel Kosentrasi Lithium Bromide (LiBr)

Grafik variasi COP (coefficient of performance) terhadap kosentrasi lithium bromide (LiBr)

Grafik tingkat perpindahan panas pada masing-masing komponen terhadapperubahan kosentrasi lithium bromide (LiBr)

KESIMPULANSetelah melakukan percabaan dan melihat hasil grafikserta perhitungan, dapat disimpulkan sebagai berikut:

Jika perbandingan lithium bromide dan air terlalu berlebihan inimenyebabkan penurunan pada COP.jika temperatur absorber terlalu rendah akan menyebabkan penurunanpada COP. Dari hasil perhitungan untuk COP tertinggi yang dihasilkan pada refrigerasi absorpsi dengan memanfaatkan gas buang kendaraan bermotor sebesar 0.85 dengan panas yang di berikan pada generator sebesar 90 °C dan temperatur evaporator 10 °C.

SARANUntuk temperatur yang masih tinggi pada generator bisa diatasi dengan cara mengatur letak generator dari manifold knalpot.Mencari pengganti lithium bromide karena harga untuk lithium bromide sangat mahal.lebih baik menggunakan panas dari panas mesin atau air radiator yang mempunyai temperatur konstan yaitu antara 80 –90 °C.

KondensorAlat ini berfungsi untuk mengkondensasikan refrigeran dari kompresor, yaitu merubah fase refrigeran dari uap panas menjadi cair .

Pipa Kapiler

Pipa kapiler mempunyai fungsi yang sama dengan katub ekspansi yaitu digunakan untuk menurunkan tekanan refrigerandari tekanan kondensor menjadi tekanan evaporator padaenthalpi konstan.

EvaporatorEvaporator adalah alat penukar panas yang memegang peranan paling penting dalam siklus refrigerasi, yaitu menguapkan refrigeran dari fase campuran sampai menjadi uap jenuh secara isobarik.

PompaUntuk pemilihan pompa pada sistem refrigerasi absorpsi ini harus

memperhatikan karakteristik dari aliran, yang dipengaruhi olehkapasitas dan tinggi angkatan yang dibutuhkan, maka dipilihlahpompa jenis centrifugal pump.

Pemilihan jenis pompa ini dengan alasan, terdapat beberapa kelebihanyang tak dimiliki oleh jenis pompa yang lain, yaitu:Alirannya lebih uniform dan tekanan konstan pada operasi steady.Ukurannya kecil, bobotnya ringan dibandingkan dengan pompareciprocating untuk kapasitas yang sama.Putaran relatif tinggi sehingga bisa dikopel langsung dengan motor penggeraknya.Konstruksinya sederhana.Tidak mudah tersumbat oleh kotoran-kotoran.

•Pompa sentripugal dengandaya 1 hp

AbsorberAbsorber adalah tangki untuk menampung refrigeransebelum refrigeran itu akan di pompakan ke generator danmenyebar ke seluru sistem. Setelah sistem itu berjalanpenuh, maka fungsi absorber berubah sebagai mikser atautempat bercampurnya antara refrigeran miskin danrefrigeran kaya yang berasal dari generator danevaporator, absorber juga bertugas untuk mendinginkanrefrigeran yang ada didalamnya.Bentuk dari absorber ini dapat di desain seperti yang diinginkan, dan bahan yang di pakai biasanya besi cor ataumenggunakan stainless steel.

GeneratorGenerator adalah bagian dari mesin pendingin absorpsiyang berfungsi memisahkan refrigeran dari absorbernyadengan cara menguapkan refrigeran, Dalam hal ini air.Dari penelitian Chrysler Corporation Space Division, generator yang paling baik untuk difabrikasi dandiinstalasikan pada mesin pendingin sistem LiBr-water solution adalah generator tipe pool dengan jumlah pipasebanyak 4 buah, karena heat transfernya cukup baik, tidak membutuhkan data empirik dalampengembangannya serta karena bentuknya yang kompak.

Katup TrotelKatup tortel adalah katup penurun tekanan. Katup tortelini terletak di antara generator dan absorber, jelasnya padaaliran refrigeran miskin. Katup ini digunakan untukmenaikan tekanan pada generator.Prinsip kerja dari katup ini adalah jika dia di tekan dengantekanan tertentu dan melebihi dari kemampuan yang dimilikinya, valve pada katup ini akan terbuka.

Penukar PanasPenukar panas yang biasa dipakai pada sistem absorpsi iniadalah jenis shell and tube yang dapat digunakan dalam kondisitekanan relatif tinggi, yang terdiri dari beberapa selongsongyang didalamnya disusun suatu anulus dengan rangkaiantertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di anulus sehinggaterjadi perpindahan panas antar fluida dengan dinding anulussebagai perantara. Beberapa jenis rangkaian anulus misalnya; triangular, segiempat, dll.