Diagram P-h

BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.2 Perhitungan dan Pengolahan Data

4.2.1 Diagram P-h

Diagram P-h digunakan untuk menganalisis kerja dari siklus kompresi uap pada mesin penghasil air dari udara. Diagram P-h yang digunakan juga harus sesuai dengan freon yang digunakan dalam mesin, yaitu R-410a. Data yang digunakan untuk menggambar diagaram P-h adalah tekanan kerja evaporator (P1) dan tekanan kerja kondensor (P2). Dari diagram P-h dapat didapat data berupa nilai entalpi h1, h2, h3, h4, Tevap dan Tkond. Untuk mendapat nilai entalpi dan suhu kerja kondensor dan evaporator yang lebih akurat, dilakukan dengan menginterpolasi tekanan kerja evaporator (P1) dan tekanan kerja kondensor (P2) yang di dapat pada data premier

dengan tabel Thermodynamic Properties of Suva 410A refrigerant. Salah satu contoh gambar diagram P-h dari hasil penelitian dengan variasi 2 kipas dan 2 blower (debit aliran udara = 3,276 m³/s) disajikan pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Siklus Kompresi Uap Diagram P-h pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s

Data untuk nilai-nilai entalpi

Variasi ^{h1 h2 h3 h4 Pevap Pkond Tkond Tevap} (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (bar) (bar) K K Debit 1,026 m³/s 423,47 452,52 274,06 274,06 9,13 26,39 316,63 276,36 Debit 2,151 m³/s 423,59 452,16 272,96 272,96 9,02 26,05 316,08 276,97 Debit 3,276 m³/s 424,98 446,52 266,95 266,95 10,67 24,06 312,92 282,42

Dari data nilai-nilai entalpi dan suhu kerja kondensor serta suhu kerja evaporator dapat diperoleh beberapa data yang akan digunakan untuk menganalisis karakteristik siklus kompresi uap pada mesin penghasil air dari udara, antara lain : Qin, Qout, Win, COPaktual, COPideal, dan efisiensi mesin siklus kompresi uap (Ƞ). Pada Tabel 4.4 suhu kerja kondensor (Tkond) dan suhu kerja evaporator (Tevap) disajikan dalam satuan kelvin (K) untuk menghitung nilai COPideal. Contoh perhitungan diambil dari variasi debit aliran udara = 3,276 m3/s (2 kipas dan 2 blower).

a. Besar kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)

Untuk mendapat besarnya nilai energi kalor per satuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator dapat dihitung dengan Persamaan (2.7). Perhitungan besar nilai kalor yang diserap adalah sebagai berikut :

Qin = h1-h4

= 424,98 kJ/kg – 266,95 kJ/kg

= 158,03 kJ/kg

maka nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator adalah 158,03 kJ/kg pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s. Pada Tabel 4.5 disajikan data nilai Qin pada tiap variasi penelitian.

Data hasil perhitungan Qin pada tiap variasi penelitian

No Variasi ^Qin

(kJ/kg) 1 Debit aliran udara = 1,0262 m³/s 149,41 2 Debit aliran udara = 2,151 m³/s 150,63 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 158,03

b. Besar kalor yang dilepas oleh kondesor (Qout)

Untuk mendapat besarnya nilai energi kalor per satuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6). Perhitungan besar kalor yang dilepas adalah sebagai berikut :

Qout = h2-h3

= 446,52 kJ/kg – 266,95 kJ/kg

= 179,57 kJ/kg

maka nilai energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor adalah 179,57 kJ/kg pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s (2 blower dan 2 kipas). Pada Tabel 4.6 disajikan data hasil perhitungan nilai Qout pada tiap variasi penelitian.

Data hasil perhitungan Qout pada tiap variasi penelitian

No Variasi ^Qout

(kJ/kg) 1 Debit aliran udara = 1,0262 m3/s 178,46 2 Debit aliran udara = 2,151 m³/s 179,20 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 179,57

c. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)

Untuk mendapat besarnya nilai kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.5). Perhitungan besarnya kerja kompresor adalah sebagai berikut :

= 446,52 kJ/kg – 424,98 kJ/kg

= 21,54 kJ/kg

maka nilai kerja kompresor per satuan massa refrigeran adalah 21,54 kJ/kg pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s (2 blower dan 2 kipas). Pada Tabel 4.7 disajikan data hasil perhitungan nilai Win pada tiap variasi penelitian.

Data hasil perhitungan Win pada tiap variasi penelitian

No Variasi ^Win

(kJ/kg) 1 Debit aliran udara = 1,0262 m3/s 29,05 2 Debit aliran udara = 2,151 m3/s 28,57 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 21,54

d. COPaktual

Besarnya nilai COPaktual mesin siklus kompresi uap dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (2.8). Contoh perhitungan nilai COPaktual adalah sebagai berikut : COPaktual = ^𝑄𝑖𝑛 𝑊𝑖𝑛 = ^158,03 21,54 = 7,34

maka nilai COPaktual mesin siklus kompresi uap adalah 7,34 pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s (2 blower dan 2 kipas). Pada Tabel 4.8 disajikan data hasil perhitungan nilai COPaktual mesin siklus kompresi uap pada tiap variasi penelitian yang dihitung dengan persamaan yang sama.

Data hasil perhitungan COPaktual pada tiap variasi penelitian

No Variasi COPaktual

1 Debit aliran udara = 1,0262 m³/s 5,14 2 Debit aliran udara = 2,151 m3/s 5,27 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 7,34

e. COPideal

Besarnya nilai COPideal yang merupakan nilai COP maksimal yang dapat dimiliki oleh mesin siklus kompresi uap dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (2.9). Contoh perhitungan nilai COPideal pada variasi debit aliran udara 3,276 m³/s adalah sebagai berikut :

COPideal = ^Te Tc−Te

= ^282,42 312,92−282,42

= 9,26

maka besarnya nilai COPideal mesin siklus kompresi uap adalah 9,26 pada saat variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s (2 blower dan 2 kipas). Pada Tabel 4.9 disajikan data berupa hasil perhitungan nilai COPideal mesin siklus kompresi uap pada tiap variasi penelitian yang dihitung dengan persamaan yang sama.

Data hasil perhitungan COPideal pada tiap variasi penelitian

No Variasi COPideal

1 Debit aliran udara = 1,0262 m3/s 6,86 2 Debit aliran udara = 2,151 m³/s 7,08 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 9,26

f. Efisiensi (Ƞ)

Besarnya nilai efisiensi mesin penghasil air dari udara dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (2.10). Perhitungan nilai efisiensi adalah sebagai berikut : Efisiensi (Ƞ) = ^{𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙} 𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑥100% = ^7,34 9,26𝑥100% = 79,24 %

maka nilai efisiensi mesin adalah 79,24 % pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s (2 blower dan 2 kipas). Pada Tabel 4.10 disajikan data hasil perhitungan nilai efisiensi mesin penghasil air dari udara pada tiap variasi penelitian.

Data hasil perhitungan Efisiensi

No Variasi ^Efisiensi

% 1 Debit aliran udara = 1,0262 m³/s 74,94 2 Debit aliran udara = 2,151 m³/s 74,46 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 79,24

4.2.2 Psychrometric Chart

Psychrometric chart digunakan untuk menganalisa proses yang terjadi pada udara ketika masuk ke dalam mesin siklus kompresi uap. Untuk dapat menggambarkan proses yang terjadi pada udara pada psychromeetric chart digunakan data primer dan sekunder yang telah diperoleh dari perhitungan diagram

P-h. Salah satu contoh gambar psychrometric chart hasil penelitian dengan variasi debit aliran udara = 3,276 m3/s (2 blower dan 2 kipas) disajikan pada Gambar 4.2

Gambar 4.2 Kondisi udara pada grafik psychrometric chart dalam variasi debit aliran udara = 3,276 m3/s

Data – data yang dibutuhkan untuk menggambarkan proses udara yang terjadi dalam psychrometric chart ialah nilai temperatur bola kering (TdbA) dan temperatur bola basah (TwbA) udara sebelum masuk ruang pemadat udara yang digunakan untuk menentukan titik A dan nilai temperatur bola kering (TdbB) dan temperatur bola basah (TwbB) udara dalam ruang pemadat udara yang digunakan untuk menentukan titik B. Data berupa nilai temperature bola kering (Tdb) dan temperature bola kering basah (Twb) diperoleh dengan menggunakan hygrometer. Pada Gambar 4.2, terlihat bahwa pada titik A adalah kondisi udara sebelum memasuki ruang pemadat udara. Titik B adalah kondisi udara setelah memasuki

ruang pemadat udara. Titik C adalah kondisi udara ketika berada didalam evaporator dan mengalami proses pengembunan. Titik D adalah kondisi udara setelah keluar dari evaporator. Titik E adalah suhu udara setelah keluar kondensor dan menuju ke udara lingkungan mesin.

Dari psychrometric chart juga dapat ditentukan nilai kelembapan relatif udara. Kelembapan yang dapat diketahui ialah kelembapan udara sebelum masuk ruang pemadat udara (RHA) dan kelembapan udara saat ada di dalam ruang pemadat (RHB). Besarnya nilai kelembapan relatif dapat diketahui dengan cara menggambarkan nilai temperatur bola kering (Tdb) dan temperatur bola basah (Twb) pada grafik psychrometric chart. Data hasil nilai kelembapan udara pada tiap variasi disajikan pada Tabel 4.11

Data nilai kelembapan udara pada tiap variasi

No Variasi ^{RHA RHB}

% %

1 Debit aliran udara = 1,0262 m³/s 71 72 2 Debit aliran udara = 2,151 m³/s 73 79 3 Debit aliran udara = 3,276 m3/s 89 88

Selain data nilai kelembapan udara, dari psychrometric chart juga dapat diperoleh nilai beberapa data lain yang diperlukan untuk menganalisa proses yang terjadi pada udara di dalam mesin penghasil air dari udara antara lain laju aliran massa air yang diembunkan (ṁair), besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara (Δw), laju aliran massa udara (ṁudara), dan debit aliran udara (ύ). Contoh perhitungan dibawah diambil pada variasi debit aliran udara = 3,276 m3/s (2 Blower 2 Kipas).

a. Laju aliran massa air yang diembunkan (ṁair)

Laju aliran massa air yang diembunkan adalah jumlah air yang bisa diproduksi oleh mesin penghasil air dari udara per satuan waktu. ṁairdapat dicari menggunakan Persamaan 2.1. Pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s (2 blower dan 2 kipas) air yang diproduksi selama 2 jam pecobaan adalah 4,30 liter atau sama 4,30 kg , sehingga laju aliran massanya dapat dihitung sebagai berikut :

ṁair

=

^{𝑚𝑎𝑖𝑟} ∆𝑡

ṁair

=

^4,30 2

ṁair

=

2,152 kg/jam

Pada Tabel 4.12 disajikan data nilai laju aliran massa air yang diembunkan pada tiap variasi penelitian.

Data nilai laju aliran massa air yang diembunkan pada tiap variasi

No Variasi ṁair

kgair/jam 1 Debit aliran udara = 1,0262 m³/s 1,76 2 Debit aliran udara = 2,151 m³/s 1,95 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 2,152

b. Besarnya kandungan uap air per satuan massa udara (ΔW)

Besarnya perubahan kandungan uap air per satuan massa udara dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (2.2). Pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s

(2 blower dan 2 kipas) nilai WA sebesar 0,0178 dan niali WB sebesar 0,0148, sehingga besarnya perubahan kandungan uap air dapat dihitung sebagai berikut :

Δw : WA - WB Δw : 0,0178 – 0,0148 Δw : 0,003 kgair/kgudara

Pada Tabel 4.13 disajikan data nilai Δw pada tiap variasi penelitian

Data nilai Δw pada tiap variasi penelitian

No Variasi ΔW

WA WB

kgair/kgudara

1 Debit aliran udara = 1,0262 m³/s 0,0042 0,0184 0,0142 2 Debit aliran udara = 2,151 m³/s 0,0040 0,0186 0,0146 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 0,0030 0,0178 0,0148

c. Laju aliran massa udara (ṁudara

)

Laju aliran massa udara (ṁudara

) dapat dicari menggunakan Persamaan (2.3).

Pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s (2 blower dan 2 kipas) nilai ṁair sebesar 2,152 kgair/jam dan nilai ΔW sebesar 0,003 kgair/kgudara, sehingga laju aliran udara dapat dihitung sebagai berikut :

ṁudara

=

^{𝑚𝑎𝑖𝑟}

∆𝑤

ṁudara

=

^2,152

0,003

Data nilai ṁudara

pada tiap variasi penelitian

No Variasi ṁudara

kgudara/jam 1 Debit aliran udara = 1,0262 m³/s 418,85 2 Debit aliran udara = 2,151 m3/s 486,29 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 717,22

d. Debit aliran udara (ύ)

Debit aliran udara (ύ) dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (2.4). debit aliran udara merupakan hasil dari perbandingan laju aliran massa udara dibanding massa jenis udara. Pada variasi debit aliran udara = 3,276 m³/s (2 blower dan 2 kipas) ṁudara sebesar 717,22 kgudara/jam dan nilai massa jenis udara sebesar 1,2 kgudara/m³, sehingga debit aliran udara dapat dihitung sebagai berikut :

ύ =

^ṁ𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝜌_{𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎}

ύ =

^717,22 1,2

ύ = 597,68 m

3/jam

Pada Tabel 4.15 disajikan data nilai debit aliran udara (ύ) pada tiap variasi penelitian.

Data nilai ύ pada tiap variasi penelitian

No Variasi

ύ

m³/jam 1 Debit aliran udara = 1,0262 m³/s 349,04 2 Debit aliran udara = 2,151 m³/s 405,24 3 Debit aliran udara = 3,276 m³/s 597,68