Komponen Mesin - Alat dan Bahan Mesin Water Chiller

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.2 Alat dan Bahan Mesin Water Chiller

3.2.2 Komponen Mesin

Komponen mesin yang digunakan untuk merakit mesin water chiller adalah:

a. Kompresor

Kompresor merupakan salah satu komponen mesin pendingin dengan siklus kompresi uap yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mesirkulasikan refrigeran yang mengalir dalam sistem mesin pendingin. Jenis kompresor yang digunakan merupakan kompresor dengan jenis rotary mempunyai daya 3/4 PK, tegangan yang digunakan 220 V, dan arus yang bekerja pada kompresor adalah 2,8 A. Kompresor ini memiliki ukuran tinggi 24 cm dan diameter 12 cm. Gambar 3.14 menyajikan gambar kompresor yang dipergunakan.

Gambar 3.14 Kompresor b. Kondensor

Kondensor merupakan alat penukar kalor yang digunakan untuk memindahkan kalor dari refrigeran ke udara. Suhu refrigeran yang lebih tinggi dari suhu udara menjadikan kalor mengalir ke lingkungan dengan sendirinya.

Kondensor yang digunakan untuk mesin water chiller ini adalah kondensor berjenis Force Draught Condenser. Pada tipe ini proses perpindahan kalornya terjadi secara konveksi paksa atau dengan bantuan kipas. Kondensor tipe U

dengan kipas satu set ditambah 1 kipas kondensor AC split, jari-jari penguat dan bersirip dangan jumlah U 9, panjang 28 cm, tinggi 28 cm, lebar 28 cm, tebal 8,5 cm, diameter pipa 10 mm, tebal sirip 1 mm, jarak antar sirip 2,5 mm dan jumlah sirip sebanyak 102. Pipa yang digunakan berbahan tembaga dan sirip berbahan aluminium. Gambar 3.15 menyajikan gambar kondensor yang dipergunakan.

Gambar 3.15 Kondensor c. Evaporator 1

Evaporator merupakan komponen dalam siklus kompresi uap yang berfungsi sebagai tempat perubahan fase refrigeran dari cair menjadi gas, atau bisa juga disebut sebagai tempat evaporasi (penguapan). Jenis evaporator yang digunakan merupakan jenis pipa bersirip dengan daya 3/4 PK, panjang 36 cm, lebar 6 cm, dan tinggi 30 cm, diameter pipa 5 mm, jumlah U 7, dan jumlah sirip sebanyak 184. Pipa yang digunakan berbahan aluminium. Gambar 3.16 menyajikan gambar evaporator yang dipergunakan dalam pendingin.

Gambar 3.16 Evaporator 1

d. Pipa kapiler

Pipa kapiler merupakan salah satu komponen pada siklus kompresi uap yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran dan berakibat suhu refrigeran juga akan turun. Penggunaan pipa kapiler pada mesin siklus kompresi uap mempermudah kerja kompresor pada waktu start, karena tekanan kondensor dan evaporator sama. Pipa kapiler terbuat dari bahan tembaga dengan diameter 0,54 mm dan panjang 150 cm. Gambar 3.17 menyajikan salah satu gambar pipa kapiler.

Gambar 3.17 Pipa Kapiler e. Evaporator 2

Evaporator 2 berfungsi sebagai alat pendingin udara yang digunakan untuk mendinginkan ruangan. Evaporator 2 mempunyai panjang 45 cm, tebal 6 cm, tinggi 25 cm, dan sirip berjumlah 8910. Evaporator 2 ini terbuat dari bahan aluminium, dan berjenisi pipa bersirip. Gambar 3.18 menyajikan gambar evaporator 2 yang dipergunakan.

Gambar 3.18 Evaporator 2

f. Kipas

Kipas tersusun atas motor listrik sebagai penggerak utama dan baling-baling atau sudu. Kipas ini berfungsi untuk mengalirkan udara. Udara yang dialirkan oleh kipas mempercepat laju perpindahan kalor yang terjadi. Kipas yang digunakan dalam mesin water chilleri ini berjumlah 3 buah yaitu kipas 1 (G) berada di belakang evaporator 2, kipas 2 (G2) berada dikondensor, kipas 3 (G1) digunakan untuk sirkulasi udara balik. Gambar 3.19 menyajikan kipas yang digunakan.

Gambar 3.19 Kipas-Kipas pada Mesin Water Chiller

Kipas 1 (G) di depan evaporator 2 Kipas 2 (G2) udara balik

Kipas 3 (G1) pada kondensor

Tabel 3.1 Spesifikasi kipas

Kipas Jumlah Sudu Diameter Sudu Daya Tegangan

Kipas 1 (G) 3 20 inchi 60W 220V

Kipas 2 (G2) 3 6 inchi 20W 220V

Kipas 3 (G1) 7 4 inchi 20W 220V

g. Pompa air

Pompa air merupakan alat yang digunakan untuk mensirkulasikan air dingin dari bak menuju evaporator 2 dan kembali ke bak air lagi. Pompa air yang digunakan memiliki ukuran panjang 15 cm, lebar 11 cm, tinggi 12 cm dan spesifikasi : daya 38 Watt, tegangan listrik 220 V, Freq 50 Hz, Qmax 2000 liter/jam, dan Hmax 2 m. Gambar 3.20 menyajikan gambar pompa aor yang dipergunakan.

Gambar 3.20 Pompa Air 3.2.3 Alat Ukur

Untuk mendukung proses pengambilan data yang akurat diperlukan alat ukur, berikut ini adalah alat ukur yang dipakai :

a. Termokopel dan penampil suhu digital (Termometer)

Termokopel berfungsi untuk mengukur temperatur yang akan didinginkan saat mesin water chiller tersebut bekerja. Cara kerjanya dengan meletakkan atau

menempelkan bagian ujung bawah termokopel pada tempat yang akan diukur temperaturnya. Temperatur akan terbaca pada layar penampil yang terdapat pada termokopel,

Gambar 3.21 Termokopel

(Sumber : https://id.aliexpress.com/item/32817522057.html) b. Hygrometer

Hygrometer berfungsi untuk mengukur kelembapan udara. Hygrometer juga dapat digunakan untuk mengetahui temperatur udara kering (Tdb) dan temperatur udara basah (Twb) karena di dalam hygrometer terdapat termometer basah dan termometer kering, untuk mengukur temperatur udara kering bulb tidak dibasahi dengan air, dan untuk mengukur temperatur udara basah bulb dibasahi dengan air.

Gambar 3.22 Hygrometer

Tdb (^oC) Twb (^oC)

50 50

40 40

30 30

20 20

10 10

0 0

-10 -10

c. Stopwatch digital

Stopwatch digital berfungsi untuk mengukur lama waktu dalam melakukan penelitian pada mesin water chiller.

Gambar 3.23 Stopwatch

(Sumber : https://www.tokopedia.com/ciptatrading/stopwatch-casio-hs-3) d. Pressure gauge

Pressure gauge berfungsi untuk mengukur tekanan kerja pada refrigeran dalam siklus kompresi uap. Pengukuran tekanan dilakukan di 2 tempat yaitu tekanan kerja pada kondensor (high pressure) dan tekanan kerja pada evaporator (low pressure).

Gambar 3.24 Pressure Gauge

Satuan Skala pengukuran

psi -30 s/d 500

bar -1 s/d 35

Satuan Skala pengukuran psi -30 s/d 800

bar -1 s/d 55

Pengukur tekanan biru (low pressure) Pengukur tekanan merah (high pressure)

e. Tang ampere

Tang ampere merupakan sebuah peralatan listrik yang digunakan untuk melakukan pengukuran arus listrik tanpa harus memutus aliran listrik tersebut.

Tang ampere digunakan untuk mengukur arus listrik yang mengalir pada kompresor.

Gambar 3.25 Tang Ampere

(Sumber : https://moedah.com/digital-multimeter-clamping-mt87-tang-ampere/)

f. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan aliran udara balik yang digunakan pada keluaran kipas udara balik dan kecepatan aliran udara yang dihasilkan kipas evaporator 2.

Gambar 3.26 Anemometer

(Sumber : https://www.bhinneka.com/lacarla-digital-wind-speed-anemometer-gm816-sku3329227405)

g. Takometer

Takometer merupakan alat yang berfungsi untuk mengukur kecepatan benda yang berputar. Dalam hal ini takometer digunakan untuk mengukur kecepatan putaran kipas evaporator 2, kipas kondensor, dan kipas udara balik.

Gambar 3.27 Takometer

(Sumber : https://tachometer-2in1-digital-laser-photo-non-and-contact-type) h. Gelas Ukur

Digunakan untuk mengukur debit aliran air dingin yang mengalir pada evaporator 2. Dengan cara menghitung berapa waktu yang diperlukan sampai gelas terisi penuh menggunakan stopwatch.

Gambar 3.28 Gelas Ukur

(Sumber : https://shopee.co.id/Gelas-Ukur-Takar-Plastik-5-Liter)

3.2.4 Pembuatan Mesin Water Chiller

Dalam pembuatan mesin water chiller desain dilakukan secara manual dan sederhana, dan hal-hal yang perlu dilakukan dalam pembuatan mesin water chiller adalah :

a. Memotong besi L dengan ukuran panjang 100 cm, lebar 60 cm, dan tinggi 150 cm digunakan sebagai tempat untuk komponen-komponen mesin water chiller.

b. Memotong kayu dengan ukuran panjang 120 cm, lebar 70 cm, dan tinggi

130 cm digunakan sebagai kerangka ruangan yang akan dikondisikan/didinginkan.

c. Memotong triplek dengan ukuran panjang 120 cm, lebar 70 cm, dan tinggi 150 cm digunakan sebagai penutup kerangka ruangan yang akan dikondisikan/didinginkan.

d. Memasang komponen utama mesin water chiller seperti: kompresor, kondensor, pipa kapiler, dan evaporator, untuk evaporator sendiri terletak didalam bak air, pressure gauge. Memasang komponen sekunder seperti : evaporator 2, pompa air, kipas angin radiator, kipas udara balik, dan kipas udara segar.

e. Memasang pipa paralon, melapisi bak air dengan styrofoam dan memasang aluminium foil pada bagian dalam ruangan.

f. Mengisi rangkaian komponen utama dengan refrigeran R-22.

g. Menyatukan seluruh komponen utama menggunkan pipa tembaga dengan cara mengelas dan merakit semua komponen penelitian.

h. Mengecek setiap sambungan pipa tembaga agar tidak terjadi kebocoran.

i. Memasang kelistrikan komponen utama dan komponen pendukung.

j. Melakukan uji coba alat, jika baik lanjut untuk pelaksanaan penelitian, jika tidak pengecekan perakitan alat lagi.

k. Kemudian pengambilan data variasi penelitian sebanyak variasi yang sudah ditentukan.

l. Jika variasi sudah selesai dilanjutkan pengolahan data, analisa data, pembahasan, kesimpulan dan saran.

Tidak Ya

Tidak 3.3 Alur Pelaksanaan Penelitian

Alur penelitian mesin water chiller dapat dilihat pada Gambar 3.29.

Muli

Perancangan Water Chiller

Persiapan Komponen mesin, Alat, dan Bahan

Proses Perakitan Water Chiller

Uji Coba, Baik?

Pelaksanaan Penelitan

Pemilihan Variasi Penelitian : Kecepatan putaran kipas udara balik (a) 0 rpm, (b) 1700 rpm, dan (c) 1800 rpm

Pengambilan Data

Berlanjut?

Pengolahan, Analisis Data, Pembahasan, Kesimpulan dan Saran

Selesai Mulai

Tidak Uji Coba, Baik?

Variasi Berlanjut? Ya

Gambar 3.29 Skematik Alur Penelitian

3.4 Metode Penelitian

Metode penelitian ini dilakukan secara eksperimen.

3.5 Variasi Penelitian

Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah variasi putaran kipas udara balik pada mesin water chiller. Variasi besarnya kecepatan putaran kipas udara balik dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Variasi penelitian

No Variasi Penelitian Kecepatan Putaran Kipas

1 Kecepatan putaran kipas 0 0 rpm

2 Kecepatan putaran kipas 1 1700 rpm

3 Kecepatan putaran kipas 2 1800 rpm

3.6 Posisi Alat Ukur untuk Mengambil Data

Gambar 3.30, menyajikan posisi peletakan alat ukur yang digunakan saat pengambilan data.

Gambar 3.30 Skematik Pengambilan Data

Keterangan Gambar 3.30 Skematik pengambilan data : a. TA

Pada bagian ini terdapat alat pengukur temperatur yang biasa disebut termokopel. Termokopel ini berfungsi untuk mengukur temperatur udara balik kering sebelum masuk evaporator 2 dan sebelum melewati kipas udara masuk ruangan.

b. TB

Pada bagian ini tidak menggunakan alat pengukur temperatur karena merupakan suhu pengembunan udara di evaporator 2. Suhu pengembunan merupakan suhu udara yang mulai mengembun menimbulkan titik-titik air dengan kelembaban relatif mencapai 100%.

c. TC

Pada bagian ini terdapat alat pengukur temperatur yang biasa disebut termokopel. Termokopel ini berfungsi untuk mengukur temperatur udara kering yang telah melewati evaporator 2.

d. TD

Pada bagian ini terdapat alat pengukur suhu dan kelembapan udara yang disebut hygrometer. Termometer pada hygrometer berfungsi untuk mengukur temperatur bola kering (TdbD) dan temperatur bola basah (TwbD) pada kondisi temperatur udara kering dan basah di dalam ruangan yang dikondisikan/didinginkan.

e. TE

Pada bagian ini terdapat alat pengukur temperatur yang biasa disebut

termokopel. Termokopel ini berfungsi untuk mengukur temperatur udara kering pada evaporator 2 yang bekerja pada mesin water chiller.

f. P1

Pada bagian ini terdapat alat pengukur tekanan yang biasa disebut pressure gauge. Pressure gauge ini berfungsi untuk mengukur tekanan kerja refrigeran di dalam evaporator saat mesin water chiller bekerja (sisi masuk kompresor).

g. P2

Pada bagian ini terdapat alat pengukur tekanan yang biasa disebut pressure gauge. Pressure gauge ini berfungsi untuk mengukur tekanan kerja refrigeran di dalam kondensor saat mesin water chiller bekerja (sisi keluar kompresor).

i. T1

Suhu air yang sudah didinginkan oleh evaporator (sebagai parameter dalam pengambilan data).

3.7 Cara Pengambilan Data

Pengambilan data yang dilakukan pada penelitian ini didasarkan pada apa yang ditampilkan pada alat ukur yang dipergunakan dalam penelitian ini. Pada penelitian ini mempergunakan alat ukur: pressure gauge, termokopel, hygrometer, termometer, tachometer, dan stopwatch. Untuk data sekunder, mempergunakan diagram untuk mendapatkan data entalpi, temperatur kerja evaporator, temperature kerja kondensor, dan menggunakan psychrometric chart untuk mendapatkan data-data seperti: kelembapan relatif, kelembapan spesifik, temperatur titik embun, temperatur udara basah, temperatur udara kering, dll.

Untuk mendapatkan data sekunder memerlukan data-data primer untuk

menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram P-h. sedangkan untuk mendapatkan data-data pada psychrometric chart, diperlukan data-data primer untuk menggambarkan proses pendinginan air dengan menggunakan mesin water chiller.

Langkah-langkah pengambilan data dapat dilakukan sebagai berikut : a. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma, perubahan suhu udara sekitar lingkungan penelitian diabaikan karena system tertutup.

b. Sebelum pengambilan data, termokopel dikalibrasi terlebih dahulu agar mendapatkan hasil yang akurat.

c. Mengisi air di dalam bak air yang akan didinginkan, memasukkan 10 botol

@ 1,5 liter air ke dalam ruangan. Botol dalam keadaan terbuka.

d. Menyalakan mesin water chiller dan stopwatch.

e. Setelah suhu air mencapai target, maka siap melakukan pengambilan data.

f. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit dan data diambil selama 2 jam. Data-data pada penelitian ini dituliskan pada tabel yang sudah disiapkan.

g. Data-data yang perlu dicatat setiap 15 menit adalah : P1 : Tekanan kerja evaporator pada siklus kompresi uap.

P2 : Tekanan kerja kondensor pada siklus kompresi uap.

TA : Kondisi udara balik diasumsikan sama dengan kondisi udara di dalam ruangan diketahui dengan menggunakan termokopel.

TB : Suhu pengembunan udara di evaporator 2.

TC : Kondisi udara keluar dari evaporator 2.

I : Besarnya arus listrik mengalir pada kompresor.

Tabel 3.3 Tabel pengambilan data

3.8 Cara Pengolahan Data

Berikut langkah-langkah dalam pengolahan data untuk dimasukkan ke dalam Tabel 3.3 :

a. Data yang diperoleh dari penelitian dimasukkan ke dalam Tabel 3.3, kemudian menghitung rata-rata setiap percobaan dari variasi yang dilakukan.

b. Untuk menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram P-h maka tekanan refrigeran di dalam kondensor (Pkondensor) dan (Pevaporator) harus dikonversikan sesuai dengan satuan yang dipergunakan pada diagram P.h.

Tekanan yang digunakan harus dalam tekanan absolut bukan dalam

Pevap Pkond TA TC TE

tekanan pengukuran. Tekanan absolut adalah penjumlahan dari tekanan pengukuran dengan tekanan udara luar. Pabsolut = Ppengukuran + 1 atm.

c. Mendapatkan nilai h1, h2, h3, h4, Tevap, dan Tkondensor dari siklus kompresi uap yang telah digambarkan pada diagram P-h.

d. Menghitung kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win), dengan persamaan Win = (h2 – h1).

e. Menghitung kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), dengan persamaan Qout = (h2 – h3).

f. Menghitung kalor yag diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin), dengan persamaan Qin = (h1 – h4).

g. Menghitung nilai COPaktual dan COPideal dari mesin siklus kompresi uap, dengan persamaan COPaktual = ^𝑄𝑖𝑛

𝑊𝑖𝑛 = ^{h1 − h4}

h2 − h1dan COPideal = ^{T evap}

Tkond − Tevap

h. Menghitung efisiensi dari mesin water chiller (η), dengan persamaan : Ƞ = (^{𝐶𝑂𝑃 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙}

𝐶𝑂𝑃 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 ) × 100%

i. Menghitung laju aliran massa refrigeran (ṁ), dengan persamaan : ṁ = (V x I) / (Win x 1000)

j. Mengolah data dari temperatur udara yang dihasilkan oleh mesin water chiller.

k. Data lain yang dicatat :

- Debit aliran air pada evaporator 2 : 0,00582 liter/menit - Kecepatan aliran udara balik : 1,9 m/s

- Kecepatan aliran udara melewati evaporator 2 : 1,4 m/s

3.9 Cara Melakukan Pembahasan

Untuk memudahkan dalam membuat pembahasan, hasil-hasil pengolahan data, digambarkan dalam grafik. Pembahasan dilakukan terhadap grafik yang dihasilkan dengan mengacu pada tujuan. Ketika melakukan pembahasan harus memperhatikan hasil-hasil penelitian para peneliti lain yang sejenis.

3.10 Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan yang ditulis harus menjawab tujuan penelitian dan tidak berbeda dengan pembahasan yang telah dilakukan. Saran ditulis untuk memperbaiki jika penelitian dikembangkan dimasa mendatang.

66 BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Hasil penelitian pada mesin water chiller dengan siklus kompresi uap yang mengacu pada pengaruh variasi kecepatan putaran kipas udara balik terhadap karakteristik water chiller berdasarkan kecepatan putaran kipas 0 rpm, 1700 rpm, 1800 rpm meliputi: tekanan kerja kondensor (Pkond), tekanan kerja evaporator kemudian dilakukan perhitungan dan diperoleh hasilnya. Penelitian ini dilakukan selama 3 jam dengan 1 jam untuk memanaskan mesin dan 2 jam untuk pengambilan data, data diambil setiap 15 menit pada setiap variasi penelitian.

Untuk memperoleh seluruh data saya melakukan pengambilan data selama sembilan hari dengan tiga kali pengambilan data dalam satu hari.

Hasil rata - rata pengambilan data disajikan Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.3. Pada saat pengambilan data, volume air yang didinginkan oleh water chiller sebanyak 25 liter, sedangkan beban pendinginan ruang pengkondisian udara menggunakan beban berupa botol berisi air dengan jumlah 10 botol dengan kapasitas 1,5 liter. Kecepatan kipas kondensor sebesar 1300 rpm. Kecepatan kipas evaporator 2 sebesar 1360 rpm.

Tabel 4.1 Data Penelitian dengan Kecepatan Putar Kipas Udara Balik 0 rpm

Tabel 4.2 Data Penelitian dengan Kecepatan Putar Kipas Udara Balik 1700 rpm

Tabel 4.3 Data Penelitian dengan Kecepatan Putar Kipas Udara Balik 1800 rpm

Pevap Pkond TA TC TE

Menit Ampere V (MPa) (MPa) Tdb A (℃) Tdb C (℃) Tdb D (℃) Twb D (℃) Tdb E (℃)

0 1,91 220 0,31 2,17 24,70 12,40 24,70 19,50 8,90

15 1,92 220 0,31 2,18 23,50 11,37 23,50 18,90 7,87

30 1,90 220 0,31 2,21 22,67 9,80 22,67 18,47 6,33

45 1,88 220 0,31 2,19 21,83 8,70 21,83 18,00 5,07

60 1,90 220 0,31 2,19 21,17 7,70 21,17 17,60 4,27

75 1,91 220 0,31 2,18 20,77 7,27 20,77 17,40 3,67

90 1,93 220 0,31 2,19 20,17 6,70 20,17 16,97 3,23

105 1,96 220 0,31 2,17 19,97 6,40 19,97 16,53 3,17

120 1,98 220 0,31 2,15 19,60 6,30 19,60 16,17 2,97

rata-rata 1,92 220 0,31 2,18 21,60 8,51 21,60 17,73 5,05

Volt Tekanan Absolut

0 1,97 220 0,30 2,06 25,17 14,67 25,17 18,63 8,77

15 1,98 220 0,31 2,05 21,60 11,40 21,60 18,27 7,10

30 1,97 220 0,31 2,04 20,40 9,80 20,40 17,77 5,27

45 1,93 220 0,30 2,03 19,53 8,43 19,53 17,47 4,03

60 1,95 220 0,30 2,05 18,70 7,87 18,70 16,70 3,37

75 1,99 220 0,30 2,02 18,33 7,63 18,33 16,40 3,00

90 1,95 220 0,29 2,02 18,03 7,43 18,03 16,10 2,93

105 1,94 220 0,30 2,04 17,80 7,60 17,80 15,40 2,63

120 1,94 220 0,29 2,02 17,73 7,70 17,73 15,07 2,43

rata-rata 1,96 220 0,30 2,04 19,70 9,17 19,70 16,87 4,12

Waktu Arus Volt Tekanan Absolut

0 1,96 220 0,30 2,00 24,63 15,27 24,63 18,33 8,67

15 1,96 220 0,30 2,05 20,67 12,17 20,67 16,97 6,93

30 1,96 220 0,30 2,03 19,33 10,73 19,33 16,17 5,20

45 1,96 220 0,30 2,03 18,40 9,50 18,40 15,80 3,93

60 1,97 220 0,29 2,03 17,57 8,87 17,57 15,50 3,23

75 1,97 220 0,30 2,01 17,27 8,83 17,27 15,23 3,17

90 1,98 220 0,29 2,02 17,00 8,67 17,00 14,73 3,17

105 1,99 220 0,29 1,98 16,67 8,80 16,67 14,40 3,17

120 2,00 220 0,29 1,95 16,47 8,73 16,47 14,07 3,07

rata-rata 1,97 220 0,30 2,01 18,67 10,17 18,67 15,69 4,50

Waktu Arus Volt Tekanan Absolut

TD Udara Kecepatan Kipas 1800 rpm

Tabel 4.4 Data Kecepatan dan Laju Aliran Udara setiap Variasi

No. Kecepatan Putaran Kipas Kecepatan Aliran Udara Laju Aliran Udara

1. 0 rpm 1,9 m/s 0,0019 m³/s

2. 1700 rpm 2,1 m/s 0,0021 m³/s

3. 1800 rpm 2,3 m/s 0,0023 m³/s

4.2 Analisa Data

4.2.1 Analisis Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h

Perhitungan pada siklus kompresi uap dapat dibuat setelah membuat diagram P-h berdasarkan data hasil penelitian. Diagram P-h digunakan untuk mencari besaran-besaran seperti tekanan (P), temperatur (T), dan entalpi (h) yang terjadi di dalam siklus kompresi uap. Data yang digunakan untuk melakukan penggambaran siklus kompresi uap pada diagram P-h adalah tekanan kerja evaporator Pevap dan tekanan kerja kondensor Pkond. Data-data yang diperoleh pada diagram P-h adalah temperatur kerja evaporator (Tevap), temperatur kerja kondensor (Tkond), h1, h2, h3, dan h4. Contoh untuk menentukan besaran nilai-nilai entalpi dapat dilihat dari diagram P-h R-22. Dari Tabel 4.3 dapat dilihat nilai tekanan Pevap dan Pkond pada variasi kecepatan putaran kipas 1800 rpm berturut-turut adalah 0,292 MPa dan 1,994 MPa, masih berupa tekanan pengukuran dan diubah ke dalam tekanan absolut. Tekanan absolut didapatkan dari tekanan pengukuran ditambah dengan 1 atm berturut-turut menjadi 0,30 MPa dan 2,01 MPa. Dari Tabel Thermodynamic Properties of R-22 Refrigerant (CHCIF2) dengan Pevap 0,30 MPa dan Pkond 2,01 MPa diperoleh suhu kerja evaporator sebesar -14,6^oC dan suhu kerja kondensor sebesar 51,5^oC. Gambar 4.1 memperlihatkan bentuk dari siklus kompresi uap yang ada pada water chiller yang digambarkan pada diagram P-h R-22. Data-data yang diperoleh dipergunakan

untuk menghitung Win, Qout, Qin, COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran. Dari Tabel Thermodynamic Properties of R-22 Refrigerant (CHCIF2) diketahui data-data : h1= 399,4 kJ/kg, h2 = 447,8 kJ/kg, h3 = 265,2 kJ/kg,dan h4 = 265,2 kJ/kg.

Gambar siklus kompresi uap pada diagram P-h yang disajikan pada Gambar 4.1, didasarkan pada tekanan kerja evaporator Pevap = 0,30 MPa dan tekanan kerja kondensor Pkond = 2,01 MPa. Siklus kompresi uap mengasumsikan proses pendinginan lanjut dan proses pemanasan lanjut tidak terjadi. Dengan menggunakan data Pevap dan Pkond yang sudah didapatkan dengan satuan MPa, lalu penulis mengkonversi kembali Pevap dan Pkond menjadi satuan bar. Hal ini dilakukan dengan alasan karena kesulitan dalam mencari diagram P-h dengan tekanan absolut satuan MPa untuk refrigeran R-22, penulis hanya mendapatkan diagram P-h tekanan absolut dengan satuan bar dengan refrigeran R-22. Sehingga pada diagram P-h yang disajikan pada Gambar 4.1 menggunakan tekanan absolut Pevap = 3 bar dan Pkond = 20,1 bar pada variasi kecepatan 1800 rpm. Hasil penelitian dapat tersaji pada Tabel 4.5 dan Tabel 4.6.

Tabel 4.5 Besaran Nilai Entalpi (h) Berdasarkan Tabel Thermodynamic Properties of R-22 Refrigerant (CHCIF2)

No Variasi Penelitian h1 h2 h3 h4

(kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 1 Kecepatan Putaran Kipas

0 rpm 399,8 450,0 270,5 270,5

2 Kecepatan Putaran Kipas

1700 rpm 399,6 447,8 266,2 266,2

3 Kecepatan Putaran Kipas

1800 rpm 399,4 447,8 265,2 265,2

Tabel 4.6 Besaran Nilai Temperatur Kerja Evaporator Tevap dan Temperatur Kerja Kondensor Tkond

No Variasi Penelitian Pevap Pkond Tevap Tkond

(MPa) (MPa) ℃ ℃

1 Kecepatan Putaran Kipas

0 rpm 0,31 2,18 -13,8 55,1

2 Kecepatan Putaran Kipas

1700 rpm 0,30 2,04 -14,6 52,1

3 Kecepatan Putaran Kipas

1800 rpm 0,30 2,01 -14,8 51,5

Gambar 4.1 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h R-22 untuk Kecepatan Putaran Kipas 1800 rpm

4.2.2 Perhitungan pada Diagram P-h

Dari diagram P-h yang tersaji pada Gambar 4.1 dan nilai entalpi dari

aliran massa refrigeran (ṁ) dari water chiller. Berikut ini adalah contoh perhitungan yang diambil dengan variasi kecepatan putaran kipas udara balik sebesar 1800 rpm yang dilakukan selama 2 jam:

a. Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran (Win)

Berdasarkan diagram P-h pada Gambar 4.1 dan Tabel 4.5 diketahui bahwa nilai h2= 447,8 kJ/kg dan nilai h1= 399,4 kJ/kg. Untuk mengetahui energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran dapat menggunakan Persamaan (2.1).

Win = h2 - h1

= 447,8 kJ/kg - 399,4 kJ/kg

= 48,4 kJ/kg

Hasil perhitungan nilai (Win) untuk kecepatan putaran kipas 0 rpm dan kecepatan putaran kipas 1700 rpm dapat dihitung dengan cara yang sama dan hasilnya tersaji pada Tabel 4.7.

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Win untuk Variasi Putaran Kipas Udara Balik

No Variasi Penelitian h2 h1 Win

(kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 1 Kecepatan Putaran Kipas 0 rpm 450,0 399,8 50,2 2 Kecepatan Putaran Kipas 1700 rpm 447,8 399,6 48,2 3 Kecepatan Putaran Kipas 1800 rpm 447,8 399,4 48,4

b. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) Berdasarkan diagram P-h pada Gambar 4.1 dan Tabel 4.5 diketahui bahwa nilai h2= 447,8 kJ/kg dan nilai h3= 265,2 kJ/kg. Untuk mengetahui energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran dapat menggunakan

Persamaan (2.2).

Qout = h2 - h3

= 447,8 kJ/kg - 265,2 kJ/kg

= 182,6 kJ/kg

Hasil perhitungan nilai Qout untuk kecepatan putaran kipas 0 rpm dan kecepatan putaran kipas 1700 rpm dapat dihitung dengan cara yang sama dan hasilnya tersaji pada Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Nilai Qout untuk Variasi Putaran Kipas Udara Balik

No Variasi Penelitian h2 h3 Qout

(kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 1 Kecepatan Putaran Kipas 0 rpm 450,0 270,5 179,5 2 Kecepatan Putaran Kipas 1700 rpm 447,8 266,2 181,6 3 Kecepatan Putaran Kipas 1800 rpm 447,8 265,2 182,6

c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) Berdasarkan diagram P-h pada Gambar 4.1 dan Tabel 4.5 diketahui bahwa nilai h1= 399,4 kJ/kg dan nilai h4= 265,2 kJ/kg. Untuk mengetahui energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran dapat menggunakan Persamaan (2.3).

Qin = h1 - h4

= 399,4 kJ/kg - 265,2 kJ/kg

= 134,2 kJ/kg

Hasil perhitungan nilai Qin untuk kecepatan putaran kipas 0 rpm dan kecepatan putaran kipas 1700 rpm dapat dihitung dengan cara yang sama dan hasilnya tersaji pada Tabel 4.9.

Tabel 4.9 Nilai Qin untuk Variasi Putaran Kipas Udara Balik

d. Actual Coefficient of Performance (COPaktual)

Besarnya COPaktual pada siklus kompresi uap dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.4). hasilnya tersaji pada Tabel 4.10.

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Nilai COPaktual untuk Variasi Putaran Kipas Udara e. Ideal Coefficient of Performance (COPideal)

Dari hasil perhitungan pada Tabel 4.6 telah diketahui nilai Pevap = 0,30 MPa, dan jika diinterpolasi maka mendapatkan hasil Tevap= -14,6^oC. Sedangkan nilai Pkond = 2,01 MPa, dan jika diinterpolasi akan mendapatkan hasil Tkond= 51,5^oC. Sebelum menghitung besarnya COPideal maka Tevap dan Tkond harus

dikonversi ke dalam Kelvin (K). Untuk mengkonversi ke dalam ^oC ke Kelvin bisa menggunakan Persamaan (4.1).

K = ^oC + 273 Pada Persamaan (4.1) :

K : Nilai suhu dalam satuan Kelvin C : Nilai suhu dalam satuan Celcius Tevap dihitung dengan Persamaan (4.1) :

Tevap = -14,6^oC

Tevap = (-14,6 + 273) K Tevap = 258,4 K

Tkond dihitung dengan Persamaan (4.1) : Tkond = 51,5^oC

Tkond = (51,5 + 273) K Tkond = 324,5 K

Jika dapat diketahui bahwa nilai Tevap= 258,4 K dan Tkond= 324,5 K

Besarnya COPideal pada siklus kompresi uap dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.5) : hasilnya tersaji pada Tabel 4.11.

Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Nilai COPideal untuk Variasi Putaran Kipas Udara

Dalam dokumen PENGARUH KECEPATAN PUTARAN KIPAS UDARA BALIK TERHADAP KARAKTERISTIK WATER CHILLER DENGAN MENGGUNAKAN PIPA KAPILER 150 CM SKRIPSI (Halaman 67-0)