BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.2 Perhitungan
Pada proses perhitungan, diagram P-h digunakan untuk menganalisa unjuk kerja mesin siklus kompresi uap yang digunakan. Psychrometric chart digunakan untuk menganalisa proses yang terjadi pada udara saat mesin beroperasi menghasilkan air aquades.
a. Perhitungan-perhitungan pada mesin siklus kompresi uap
Perhitungan-perhitungan pada mesin siklus kompresi uap dilakukan dengan menghitung unjuk kerja pada mesin penghasil air aquades. Sehingga, untuk menghitung unjuk kerja mesin siklus kompresi uap menggunakan data yang tertera pada spesifikasi mesin dan data yang didapatkan, suhu evaporator dan kondensor yang sudah diketahui pada salah satu data yaitu, suhu kerja evaporator sebesar 7,63OC, suhu kerja kondensor sebesar 47,04OC, arus listrik 5,5 A dan daya masukan sebesar 980 watt. Kemudian digambarkan pada P-h diagram untuk memperoleh nilai entalpi h1, h2, h3, dan h4.Siklus kompresi uap dianggap sebagai siklus ideal, tidak ada proses pendinginan lanjut dan tidak ada proses pemanasan lanjut. Gambar 4.1 menyajikan siklus kompresi uap pada mesin yang digunakan.
4 40 8,3 47,8 27,3 23,3 25,3 25,3 16,2 1360,0 5 50 7,7 47,3 27,5 23,5 25,7 25,3 16,2 1683,3 6 60 7,8 47,4 27,5 23,3 25,3 25,5 16,4 2033,3 7 70 7,9 46,3 27,7 23,7 25,8 25,5 16,6 2366,7 8 80 7,7 47,3 27,7 23,5 25,8 25,3 16,8 2726,7 9 90 7,9 47,6 27,5 23,3 25,8 25,0 17,0 3033,3 10 100 7,8 47,4 27,8 23,2 25,8 25,2 17,1 3366,7 11 110 7,8 47,9 27,8 23,2 25,8 25,2 17,2 3683,3 12 120 7,9 47,8 27,7 23,2 26,0 24,8 17,4 4066,7 7,8 47,3 27,5 23,4 25,7 25,3 16,6 2033,3 Rata-rata volume aquades yang dihasilkan perjam
Rata-rata 1664
Ga mbar 4.1 S ikl us kom pre si uap pa d a mesin si klus k ompre si uap y an g di guna ka n untuk ke ce p atan puta r kipa s 16 64 rp m
Dari gambar 4.1 maka dapat diketahui nilai entalpi h1 sebesar 518 kJ/kg, nilai entalpi h2 sebesar 557 kJ/kg, dan nilai entalpi h3 sama dengan nilai entalpi h4
yaitu sebesar 290 kJ/kg. Setelah mengetahui nilai Tevap. dan Tkond., dan mendapatkan nilai h1, h2, h3, dan h4, maka dapat dihitung unjuk kerja mesin penghasil aquades per satuan massa refrigeran, energi kalor yang dilepaskan kondensor, energi kalor yang diserap evaporator, COPaktual, COPideal dan efisiensi mesin.
1. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada diagram P-h titik 1-2 di Gambar 4.1 dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1). Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (h2) dikurangi nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (h1). Perhitungan kerja kompresor sebagai berikut:
Win = h2–h1
= 558 kJ/kg– 516 kJ/kg
= 42 kJ/kg
2. Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor (Qout)
Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2 ke 3 (lihat gambar 4.1), perubahan tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2). Energi kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (h2) dikurangi nilai entalpi refrigeran keluar kondensor (h3). Perhitungan energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor sebagai berikut:
Qout = h2–h3
= 558 kJ/kg– 289 kJ/kg
= 269 kJ/kg
3. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)
Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada titik 4 ke 1 (lihat gambar 4.1), perubahan entalpi
tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3). Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor (h1) dikurangi nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi saat keluar pipa kapiler (h4 = h3). Perhitungan energi kalor yang diserap oleh evaporator sebagai berikut:
Qin = h1–h3 = h1–h4
= 516 kJ/kg– 289 kJ/kg
= 227 kJ/kg
4. Coefficient of Performance aktual (COPaktual)
Coefficient of Performance aktual dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).
Coefficient of Performance aktual adalah energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) dibagi dengan kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win). Perhitungan Coefficient of Performance aktual sebagai berikut:
COPaktual = Qin Win
= 227 𝑘𝐽/𝑘𝑔 42 𝑘𝐽/𝑘𝑔
= 5,4
5. Coefficient of Performance ideal (COPideal)
Coefficient of Performance ideal dapat dihitung dengan Persamaan (2.5).
Coefficient of Performance maksimum yang dapat dicapai mesin siklus kompresi uap (COPideal) adalah suhu mutlak evaporator (Te) dibagi hasil pengurangan suhu mutlak kondensor (Tc) dengan suhu mutlak evaporator (Te). Perhitungan Coefficient of Perfoemance sebagai berikut:
COPideal = 𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝. 𝑇𝑘𝑜𝑛𝑑. − 𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝.
= 280,82 𝐾
320,29 𝐾− 280,82 𝐾
6. Efisiensi mesin siklus kompresi uap (η)
Efisiensi mesin siklus kompresi uap dapat dihitung dengan persamaan (2.6). Efisiensi mesin siklus kompresi uap (η) adalah Coefficient of Performance aktual mesin siklus kompresi uap (COPaktual) dibagi Coefficient of Performance ideal (COPideal) dikali 100%. Perhitungan efisiensi sebagai berikut:
η = 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙
𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 x 100%
= 5,4
7,11x 100%
= 75,97%
b. Kelembaban relatif udara setelah melewati humidifier (RHA) dan kelembaban relatif udara sebelum melewati humidifier (RHB).
Kelembaban relatif udara setelah melewati humidifier (RHA) dapat diketahui dari garis kelembaban relatif di titik A dan kelembaban relatif udara sebelum melewati
humidifier (RHB) dapat diketahui dari garis kelembaban relatif di titik B.
c. Kelembaban spesifik udara setelah melewati humidifier (Wa) dan kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporator (Wb).
Kelembaban spesifik udara setelah melewati humidifier (Wa) dan kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporator (Wb) bisa diperoleh dengan
psychrometric chart. Kelembaban spesifik udara setelah melewati humidifier (Wa) dapat diketahui melalui garis kelembaban spesifik di titik A. Kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporator (Wb) dapat diketahui melalui garis kelembaban spesifik di titik C. Sebagai contoh menentukan kelembaban spesifik udara setelah melewati humidifier (Wa) dan kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporator (Wb) untuk kipas pada humidifier kecepatan putaran kipas maksimal adalah sebagai berikut:
Ga mbar 4.2 Ps yc hrome tr ic c hart va ria si ki pa s ke ce pa tan puta r m aksim al
d. Menghitung kandungan uap air yang berhasil ditambahkan (∆W)
Kandungan uap air yang berhasil ditambahkan (∆W) dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.10). Kandungan uap air berhasil ditambahkan (∆W)
adalah kelembapan spesifik udara setelah melewati humidifier (Wa) dikurangi kelembapan spesifik udara setelah melewati evaporator (Wb). Sebagai contoh
perhitungan massa air yang berhasil diembunkan oleh evaporator (∆W) untuk kipas
yang berada sebelum evaporator dengan kecepatan putaran kipas maksimal adalah sebagai berikut:
∆W = Wa– Wb
= 0,0221 kgair/kgudara– 0,0134 kgair/kgudara
= 0,0087 kgair/kgudara
e. Menghitung laju aliran volume air yang berhasil diembunkan (Vair)
Laju aliran volume air yang berhasil diembunkan (Vair) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.9). Laju aliran volume air yang berhasil diembunkan (Vair) adalah jumlah air yang dihasilkan (Vair) dibagi dengan selang
waktu yang dibutuhkan (∆t). Sebagai contoh perhitungan laju aliran volume air
yang berhasil diembunkan oleh evaporator (Vair) untuk variasi kipas yang berada sebelum evaporator dengan kecepatan putaran kipas maksimal adalah sebagai berikut: Vair = 𝑉𝑎𝑖𝑟 ∆𝑡 = 4,066 liter 2 jam = 2,033 liter/jam
f. Menghitung laju aliran massa udara saat proses pengembunan terjadi (ṁudara)
Laju aliran massa udara saat proses pengembunan terjadi (ṁudara) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.11). Laju aliran massa udara saat proses pengembunan (ṁudara) adalah laju aliran massa air (ṁair) dibagi kandungan
massa udara saat proses pengembunan terjadi (ṁudara) untuk variasi kipas yang berada sebelum evaporator dengan kecepatan putaran kipas maksimal adalah sebagai berikut: ṁudara = ṁair ∆W = ṁair /∆t ∆W = 2,033kgair/jam 0,0083kgair/kgudara = 233,68 kgudara/jam
g. Menghitung debit aliran udara (Qudara)
Debit aliran udara (Qudara) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.12). Debit aliran udara (Qudara) adalah laju aliran massa udara saat proses pengembunan (ṁudara) dibagi massa jenis udara (ρudara) sebesar 1,2 kg/m3. Sebagai contoh perhitungan debit aliran udara (Qudara) untuk variasi kipas yang berada sebelum evaporator dengan kecepatan putaran kipas maksimal adalah sebagai berikut: Qudara = ṁudara ρudara = 233,68kgudara/jam 1,2kgudara/m3 = 194,73 m3/jam
Perhitungan pada psychrometric chart untuk kondisi kipas off, kecepatan putar kipas 1, kecepatan putar kipas 2, dan kecepatan putar kipas 3 tersaji pada Table 4.6 dan Tabel 4.7.
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan pada psychrometric chart
Wa Wb RHA RHB ∆W
kgair/kgudara kgair/kgudara % % kgair/kgudara
Kipas off 0,0199 0,0116 72 82 0,0083
Kecepatan putaran kipas 1 (981 rpm) 0,0222 0,0137 73 89 0,0085
Kecepatan putaran kipas 2 (1226 rpm) 0,0225 0,0139 74 90 0,0086
Kecepatan putaran kipas 3 (1664 rpm) 0,0221 0,0134 80 87 0,0087
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan lanjutan pada psychrometric chart