KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN
SIKLUS KOMPRESI UAP MENGGUNAKAN KOMPRESOR
BERDAYA 1/8 PK DAN ICE PACK
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
YUGA INDRAWAN NIM : 135214097
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
i
KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN
SIKLUS KOMPRESI UAP MENGGUNAKAN KOMPRESOR
BERDAYA 1/8 PK DAN ICE PACK
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
YUGA INDRAWAN NIM : 135214097
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
CHARACTERISTICS OF MACHINE AIR CONDITIONING
WITH CYCLE COMPRESSION STEAM USING
COMPRESSOR POWERED 1/8 PK AND ICE PACK
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
YUGA INDRAWAN Student Number : 135214097
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
KARAKTERISTIK
MESIN
PENYEJUK UDARA DENGANSIKLUS KOMPRESI UAP
MENGGUNAKAN
KOMPRE,SORBERDAYA
1/8 PK DAN ICE PACKTelah disetrijui oleh Dosen Pembimbing Skripsi
.ffF{s,
N fS-T=-
-Ir" PK. Purwadi. M.T.KARAKTERISTIK
MESIN PENYEJUK UDARA DENGANSIKLUS KOMPRESI UAP
MENGGUNAKAN
KOMPRESORBERDAYA
1/8 PK DA}{ ICE PACKDipersiapkan dan disusun oleh :
NAMA
: YUGA INDRAWANNIM
:135214097Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Pada tanggal 10 Juli 20i7
Dan dinyatakan tel*h lulus memenuhi syarat
Sains dan Teknologi itas Sanata Dharma
Dekan.
/-*r/"-S.Si., M.Math.Sc., Ph.D.PERNYATAAN
KEASLIAN
KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarianaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
LEMBAR PERNYATAAI\
PERSETUJUAI\PUBLIKAST
KARYA
ILMIAH UNTUK
KEPENTTNGANAKADEMIS
Yang bertanda tangan di bar,vah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata
Dharma:
Nama
: Yuga Indrau,anNomorMahasisq,a :135214091
Demi pengembangan ilmu pengetahuan. saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul:
Karakteristik Mesin Penyejuk Udara dengan Siklus Kompresi Uap
Mengunakan Kompresor Berdaya 1/8 Pk dan lce Puck
Besefta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya nremberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharrna hak untuk menvimpan. rnengalihkan
dalam bentuk media yang lain" mengelolanya di internet atau media lain untuk
kepentingan akademis tanpa perlu meminta iiin dari sa,va maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan iniyang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta. 10 Juli 20l7
vii
ABSTRAK
Tujuan penelitian terhadap mesin penyejuk udara dengan menggunakan siklus kompresi uap ini adalah (a) merancang dan merakit mesin penyejuk udara dengan daya listrik yang rendah (b) mengetahui karakteristik dari mesin penyejuk udara yang dibuat, meliputi: COP dan Efisiensi mesin penyejuk udara (c) Mengetahui suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara setiap variasi dan sampai berapa lama suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara mampu mencapai suhu sekitar 26ºC.
Penelitian mesin penyejuk udara dilaksanakan di Laboratorium Prodi Teknik Mesin USD. Batasan-batasan dalam pembuatan mesin penyejuk udara sebagai berikut (a) mesin penyejuk udara terdiri dari mesin pendingin dan ice pack (b) mesin pendingin bekerja dengan siklus kompresi uap (c) komponen utama siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler (d) daya kompresor sebesar: 1/8 PK, ukuran komponen utama siklus kompresi uap yang lain, menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor (e) jenis evaporator: pipa bersirip (f) jenis kondensor: pipa dengan jari-jari penguat (g) diameter pipa kapiler: 0,028 inchi (h) refrigeran siklus kompresi uap: R134a (i) mesin penyejuk udara mempergunakan ruangan mesin pendingin dengan ukuran: 65 cm x 39 cm x 36 cm (j) mesin penyejuk udara mempergunakan ice pack dengan ukuran ice pack: 25 cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada freezer bersuhu -20ºC selama 12 jam (k) mempergunakan kipas angin berdaya: 30 watt, dengan ukuran kipas: 200mm (l) mempergunakan kipas evaporator berdaya: 8 watt, dengan ukuran kipas: 90mm (m) semua komponen komponen utama mesin pendingin dan ice pack, di peroleh dipasaran. Variasi penelitian mesin penyejuk udara tanpa ice pack, menggunakan 5 ice pack, dan menggunakan 15 ice pack.
Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (a) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 120 menit adalah 19,3 ºC sampai dengan 26,4 ºC (b) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 180 adalah 14,3 ºC sampai dengan 25,6 ºC (c) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 300 adalah 10,6 ºC sampai dengan 25 ºC (d) hasil karakteristik mesin penyejuk udara tanpa ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,27; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,24; rata-rata nilai efisiensi sebesar 77,10% (e) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,19; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,18; rata-rata nilai efisiensi sebesar 76,30% (f) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,15; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,16; rata-rata nilai efisiensi sebesar 75,58%.
viii
ABSTRACT
Research purposes of machine air conditioning using cycle compression steam this is (a) design and assemble machine air conditioning electric power low (b) know characteristic of the comfort of air created, covering: COP and efficiency machine air conditioning (c) know the temperature produced machine air conditioning every variation and for how long the temperature machine air conditioning able to achieve temperatures around 26 ºC.
Research machine air conditioning implemented in the laboratory of mechanical engineering Sanata Dharma University. Restrictions on machine fabrication air conditioning the follow machine (a) machine air conditioning consisting of a machine cooling and ice pack (b) a cooling work with cycle compression steam (c) a major component of steam cycle compression covering; compressor, evaporator, condenser, and pipe capillary (d) power compressor of 1/8 PK, component size main cycle compression steam another, adjust to the size of the power compressor (e ) type of the evaporator: pipe finned (f) type of a condenser: pipe with the fingers amplifier (g) diameter of a pipe capillary: 0,028 inches (h) a refrigerant cycle compression steam: R134a (i) machine air conditioning have a cooling room with size: 65 centimeters x 39 centimeters x 36 centimeters (j) machine air conditioning have ice pack with size of ice pack: 25 centimeters x 14 centimeters x 1,5 centimeters. Ice pack frozen in the freezer -20 ºC for 12 hours (k) have fan powerless: 30 watts, with the size of a fan: 200 millimeters (l) have a fan evaporator powerless: 8 watts, with the size of a fan: 90 millimeters (m) all components of the main components of cooling machine and ice pack, get in the market. Variation research machine air conditioning without ice pack, 5 ice pack, and 15 ice pack.
The research result give some conclusion (a) the temperature produced machine air conditioning without ice pack of minute 0 to with minute 120 is 19,3 ºC up to 26,4 ºC (b) the temperature produced machine air conditioning using 5 ice pack of minute 0 to with minute 180 is 14,3 ºC up to 25,6 ºC (c) the temperature produced machine air conditioning using 15 ice pack of minute 0 to with minute 300 is 10,6 ºC up to 25 ºC (d) result characteristic machine air conditioning without ice pack as follows: average score COPactual worth 3,27; average value COPideal worth 4,24; average value efficiency of 77,10% (c) results characteristic machine air conditioning using 5 ice pack as follows: average score COPactual worth 3,19; average value COPideal worth 4,18; average value efficiency of 76,30% (d) results characteristic machine air conditioning using 15 ice pack as follows: average score
COPactual worth 3,15; average value COPideal worth 4,16; average value efficiency
of 75,58%.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan
rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik dan
lancar.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa
mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan
skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan
terima kasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen
Pembimbing Skripsi yang telah memberikan petunjuk, pengarahan, dan saran
selama penyusunan Skripsi ini.
3. Wibowo Kusbandono S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi Prodi
Teknik Mesin.
5. Yuriansyah dan Talininiati, selaku orang tua penulis yang telah memberi
motivasi dan dukungan kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual.
6. Yuvita Indriani dan Yutari Indrianti, selaku kakak penulis yang telah
memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis.
7. Triyana Wahyudianta, Frischo Allesandro, dan Fransiskus Sonny, selaku
teman kelompok pembuatan mesin penyejuk udara, atas kerjasamanya selama
pembuatan dan penelitian Skripsi.
8. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
x
berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi
ini.
9. Teman-teman mahasiswa Jurusan Teknik Mesin (Alm. David, Dhoni, Leo,
Ekin, Dimas, Bayu, Angger, Firman, Amek, nehem, sigit, puguh dan
teman-teman lain yang tidak bisa saya sebutkan semua) yang telah memberikan
semangat dan bantuan dalam wujud apapun selama penyusunan Skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini
masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan
masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya.
Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima
kasih.
Yogyakarta, 10 Juli 2017
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL………. i
TITLE PAGE………. ii
HALAMAN PERSETUJUAN……….. iii
HALAMAN PENGESAHAN………... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……….. v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI…... vi
ABSTRAK………. vii
ABSTRACT……… viii
KATA PENGANTAR………... ix
DAFTAR ISI………...……….. xi
DAFTAR GAMBAR………. xv
DAFTAR TABEL………. xviii
BAB I PENDAHULUAN……….. 1
1.1 Latarbelakang………..………. 1
1.2 Rumusan masalah………. 2
1.3 Tujuan penelitian……….…….…… 2
1.4 Batasan masalah……….... 2
1.5 Manfaat penelitian……… 3
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA……… 4
2.1 Dasar teori………..………... 4
2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin……… 4
2.1.2 Siklus kompresi uap………..………. 5
2.1.3 Perhitungan padasiklus kompresi uap………... 9
2.1.4 Komponen komponen siklus kompresi uap…….…..
2.1.4.1 Kompresor……… 2.1.4.2 Kondensor…………..…….……..……… 2.1.4.3 Evaporator………
13
13
15
xii
2.1.4.4 Pipa kapiler………...
2.1.4.5 Filter……….
2.1.4.6 Thermostat………
2.1.4.7 Kipas angin………...
2.1.4.8 Refrigeran……….
2.1.4.9 Ice pack……….
19 20 20 21 22 22
2.1.4 Psychrometric chart………..……….. 23
2.1.4.1 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart………. 25
2.1.4.2 Proses-proses pada mesin penyejuk udara……… 27
2.2 Tinjauan Pustaka………... 29
BAB III METODE PENELITIAN………... 31
3.1 Objek penelitian……….………... 31
3.2 Pembuatan mesin penyejuk udara………...…..…… 32
3.2.1 Alat………. 32
3.2.2 Bahan……….. 34
3.2.3 Proses pembuatan mesin penyejuk udara…….…….. 42
3.2.4 Proses pengisian refrigeran 134a…………...………. 3.2.4.1 Proses pemvakuman………. 3.2.4.2 Proses pengisian refrigeran 134a……….. 43 43 44 3.2.5 Peralatan penelitian………. 44
3.3 Tata cara penelitian……….……….. 46
3.3.1 Alur pelaksanaan penelitian……… 46
3.4 Variasi penelitian………..……..……….. 48
3.5 Cara pengambilan data...………..………. 48
3.5.1 Skematik pengambilan data……… 48
3.5.2 Langkah-langkah pengambilan data………... 49
3.5.3 Tabel pengambilan data……….. 51
3.6 Cara pengolah data dan pembahasan.………... 53
xiii
BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN
PEMBAHASAN………. 55
4.1 Hasil penelitian………. 55
4.2 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor……. 58
4.3 Perhitungan dan pengolahan data..………... 59
4.4 Hasil perhitungan……….. 62
4.5 Pembahasan……...……….……….. 4.5.1 Mesin penyejuk udara tanpa ice pack………. 4.5.2 Mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack…… 4.5.3 Mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack….. 64 64 69 74 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….. 80
5.1 Kesimpulan………... 80
5.2 Saran…………...…….………. 81
DAFTAR PUSTAKA……… 83
LAMPIRAN……….. 84
Lampiran 1 Mesin penyejuk udara tampak samping…...….…………... 84
Lampiran 2 Mesin penyejuk udara tampak depan…...………...…. 84
Lampiran 3 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 0………... 85
Lampiran 4 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 30………. 85
Lampiran 5 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 60……….. 86
Lampiran 6 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 90……….. 86
Lampiran 7 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 120………...……… 87
Lampiran 8 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice packsaat (t) ke 0………. 87
Lampiran 9 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice packsaat (t) ke 45………... 88
xiv
Lampiran 11 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan
5 ice packsaat (t) ke 135……….. 89
Lampiran 12 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan
5 ice packsaat (t) ke 180……….. 89
Lampiran 13 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice packsaat (t) ke 0……..……….. 90 Lampiran 14 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan
15 ice packsaat (t) ke 75…….………. 90 Lampiran 15 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan
15 ice packsaat (t) ke 150…….……… 91 Lampiran 16 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan
15 ice packsaat (t) ke 225……… 91
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin……….. 4
Gambar 2.2 Rangkaian komponen siklus kompresi uap……….………. 5
Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada diagram P-h yang disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut……...…….…… 6
Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada diagram T-S yang diserta pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut….……...……… 7
Gambar 2.5 Diagram tekanan-entalpi untuk R134a……...…….……… 12
Gambar 2.6 Kompresor open unit……….……….……….. 13
Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik………..……….. 14
Gambar 2.8 Kompresor hermatik jenis torak..……… 14
Gambar 2.9 Kompresor hermatik jenis rotari………. 14
Gambar 2.10 Macam-macam konstruksi kondensor…………...……….. 15
Gambar 2.11 Kondensor berpendingin udara…….….……….. 16
Gambar 2.12 Kondensor berpendingin air………...……….. 17
Gambar 2.13 Evaporator jenis plat………..……….. 18
Gambar 2.14 Evaporator pipa bersirip…….………….………. 19
Gambar 2.15 Pipa kapiler……….………. 19
Gambar 2.16 Filter……….……… 20
Gambar 2.17 Thermostat……….……….. 21
Gambar 2.18 Kipas angin…………...……….………. 21
Gambar 2.19 Refrigeran………..……….. 22
Gambar 2.20 Ice pack………... 22
Gambar 2.21 Psychrometric chart……… 23
Gambar 2.22 Skematik Psychrometric chart……… 25
Gambar 2.23 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart…... 25
Gambar 2.24 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara….. 27
Gambar 3.1 Skematik mesin penyejuk udara……...………... 31
Gambar 3.2 Tube cutter………...……… 33
xvi
Gambar 3.4 Pompa vakum….….……..…….……….. 34
Gambar 3.5 Kompresor…...….……… 35
Gambar 3.6 Kondensor……...…….……… 35
Gambar 3.7 Evaporator…...….……… 36
Gambar 3.8 Pipa kapiler……...………... 36
Gambar 3.9 Thermostat……… 37
Gambar 3.10 Filter……….……… 37
Gambar 3.11 Kipas angin………….………. 38
Gambar 3.12 Ice pack……….……….……….. 38
Gambar 3.13 Refrigeran………..……….. 39
Gambar 3.14 Pressure guage………..….. 39
Gambar 3.15 Besi siku L berlubang……….. 40
Gambar 3.16 Akrilik………..… 40
Gambar 3.17 Styrofoam………. 41
Gambar 3.18 Sealant soligen…….……… 41
Gambar 3.19 Aluminium foil……….………. 42
Gambar 3.20 Lubang sebagai keluaran suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara………...…… 43
Gambar 3.21 Pengukur suhu digital dan termokopel……….…… 45
Gambar 3.22 Stopwatch……….…… 45
Gambar 3.23 Hygrometer……….. 45
Gambar 3.24 Amperemeter……… 46
Gambar 3.25 Roll kabel listrik……….……….. 46
Gambar 3.26 Skematik diagram alur penelitian….………... 47
Gambar 3.27 Skematik pengambilan data………. 48
Gambar 3.28 Thermostat yang telah disetting………... 50
Gambar 3.29 Ice pack yang dimasukan untuk pengambilan data data dan saat dibekukan di freezer.……….. 50
Gambar 4.1 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack saat (t) ke 150….………... 59
xvii
Gambar 4.3 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara
tanpa ice packdari waktu ke waktu……….... 66 Gambar 4.4 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara tanpa
ice pack dari waktu ke waktu..………..………... 67 Gambar 4.5 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara tanpa ice pack dari
waktu ke waktu...………. 68
Gambar 4.6 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa
ice pack dari waktu ke waktu………….………. 69 Gambar 4.7 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara
menggunakan 5 ice pack dari waktu ke waktu………. 70 Gambar 4.8 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara
menggunakan 5 ice packdari waktu ke waktu………..…... 71 Gambar 4.9 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara
menggunakan 5 ice packdari waktu ke waktu….………… 72 Gambar 4.10 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice
pack dari waktu ke waktu………. 73
Gambar 4.11 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara
menggunakan 5 ice packdari waktu ke waktu………. 74 Gambar 4.12 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara
menggunakan 15 ice packdari waktu ke waktu…………... 75 Gambar 4.13 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara
menggunakan 15 ice packdari waktu ke waktu…………... 76 Gambar 4.14 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara
menggunakan 15 ice pack dari waktu ke waktu…………... 77 Gambar 4.15 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice
pack dari waktu ke waktu………... 78 Gambar 4.16 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Data hasil penelitian untuk mesin penyejuk udara tanpa ice
pack……….……… 51
Tabel 3.2 Data hasil penelitian untuk mesin penyejuk udara
mengunakan 5 ice pack…….……….. 52 Tabel 3.3 Data hasil penelitian untuk mesin penyejuk udara
mengunakan 15 ice pack……..….………..…… 52 Tabel 4.1 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara tanpa ice pack…... 55 Tabel 4.2 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 5
ice pack………...………...…. 55 Tabel 4.3 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 15
ice pack………..……….……. 56 Tabel 4.4 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk
udara tanpa ice pack……….……….…….. 57 Tabel 4.5 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk
udara menggunakan 5 ice pack……….. 57 Tabel 4.6 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk
udara menggunakan 15 ice pack……….... 57 Tabel 4.7 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor mesin
penyejuk udara tanpa icepack………. 58 Tabel 4.8 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor mesin
penyejuk udara menggunakan 5 icepack………. 58 Tabel 4.9 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor mesin
penyejuk udara menggunakan 15 ice pack……….. 58 Tabel 4.10 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa
ice pack……….………...…... 62
Tabel 4.10 Lanjutan hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk
udara tanpa ice pack……… 63
Tabel 4.11 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara
menggunakan 5 ice pack………. 63
Tabel 4.11 Lanjutan hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk
udara menggunakan 5 ice pack………..………. 63 Tabel 4.12 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara
xix
Tabel 4.12 Lanjutan hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latarbelakang
Pada zaman sekarang ini kenyamanan telah menjadi suatu tuntutan hidup
hampir semua orang banyak baik itu orang-orang kelas atas, tetapi juga kelas
menengah ke bawah. Kenyamanan ketika beraktivitas dapat didapatkan dengan
tersedianya lingkungan yang sejuk. Keadaan yang seperti itu sangat sulit ditemukan
pada saat ini terutama di daerah perkotaan yang memiliki udara cukup panas.
Udara panas sering dirasakan masyarakat Indonesia, sebab Indonesia berada
di garis khatulistiwa yang beriklim tropis mengakibatkan suhu di Indonesia cukup
panas antara 26ºC - 28ºC. Udara panas dapat disebabkan karena adanya pemanasan
global seperti pembakaran hutan, asap kendaraan bermotor, asap rokok, dan asap
pabrik. Berbagai macam upaya telah dilakukan manusia untuk mengurangi cuaca
panas, contoh yang banyak digunakan mesin penyejuk udara seperti air conditioner.
Mesin penyejuk udara sangat dibutuhkan ketika beraktifitas di kehidupan
sehari-hari. Kebutuhan masyarakat akan mesin penyejuk udara sekarang terjadi
peningkatan pemakai. Dimana mesin penyejuk udara sering di temukan
ditempat-tempat umum, perumahan, perusahan, ataupun alat transportasi. Dan pada saat ini
berbagai macam mesin penyejuk udara telah tersedia dipasaran dari mesin penyejuk
udara berdaya listrik rendah atau berdaya listrik tinggi. Namun demikian, ada
kelebihan dan kekurangan dari mesin penyejuk udara. Kelebihan mesin penyejuk
udara seperti air conditioner memberikan kenyamanan ketika beraktivitas dengan udara sejuk yang dihasilkan dan dapat mengurangi udara panas pada musim
kemarau . Tetapi disisi lain kekurangan penggunaan mesin penyejuk udara seperti
Dengan memahami masih ada kekurangan pada mesin penyejuk udara, maka
penulis tertantang untuk merancang mesin penyejuk udara menggunakan daya
kompresor yang rendah supaya daya listrik yang dibutuhkan tidak besar namun
menghasilkan efisiensi udara sebanding dengan daya yang digunakan. Berangkat
dari persoalan tersebut, penulis melakukan penelitian dengan topik tersebut.
1.2 Rumusan masalah
Kebutuhan mesin penyejuk udara semakin meningkat. Penggunaan penyejuk
udara pada saat ini umumnya memerlukan daya listrik yang besar untuk
pengoperasiannya. Oleh sebab itu, diperlukan suatu inovasi mesin penyejuk udara
yang membutuhkan daya listrik yang rendah agar mesin penyejuk udara dapat
dinikmati masyarakat kelas menengah ke bawah.
1.3 Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian tentang mesin penyejuk udaraadalah:
a. Merancang dan merakit mesin penyejuk udara dengan daya listrik yang rendah.
b. Mengetahui karakteristik dari mesin penyejuk udara yang dibuat, meliputi :
1. COP dan efisiensi mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan pada
mesin penyejuk udara tanpa ice pack.
2. COP dan efisiensi mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan pada
mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack.
3. COP dan efisiensi mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan pada
mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack.
c. Mengetahui suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara setiap variasi dan
sampai berapa lama suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk mampu
mencapai suhu sekitar 26ºC.
1.4 Batasan masalah
Batasan batasan yang diambil dalam pembuatan mesin penyejuk udara, yaitu:
c. Komponen utama siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator,
kondensor, dan pipa kapiler.
d. Daya kompresor sebesar: 1/8 PK. Ukuran komponen utama siklus kompresi uap
yang lain, menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
e. Jenis evaporator: pipa bersirip.
f. Jenis kondensor: pipa dengan jari-jari penguat.
g. Diameter pipa kapiler: 0,028 inchi.
h. Refrigeran siklus kompresi uap: R134a.
i. Mesin penyejuk udara mempergunakan ruangan mesin pendingin dengan
ukuran: 65 cm x 39 cm x 36 cm.
j. Mesin penyejuk udara mempergunakan ice pack dengan ukuran ice pack: 25 cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada freezer bersuhu -20ºC selama 12 jam.
k. Mesin penyejuk udara mempergunakan kipas angin berdaya: 30 watt, dengan
ukuran kipas : 200 mm.
l. Mesin penyejuk udara mempergunakan kipas evaporator berdaya: 8 watt,
dengan ukuran kipas : 90 mm.
m. Semua komponen komponen utama mesin pendingin dan ice pack, diperoleh di pasaran.
1.5 Manfaat penelitian
Manfaat dari penelitian tentang mesin penyejuk udaraadalah:
a. Bagi penulis, dapat menambah wawasan pengetahuan tentang mesin penyejuk
udara.
b. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penyejuk udara yang
dapat ditempatkan di perpustakaan atau dimasukkan ke dalam jurnal ilmiah.
c. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi dalam pembuatan mesin
penyejuk udaradengan kerja yang lebih baik.
d. Dihasilkan teknologi yang tepat berupa mesin penyejuk udara dengan daya
4
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar teori
2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin
Mesin penyejuk udara atau refrigerator (R) adalah peralatan yang berfungsi
untuk memindahkan kalor dari dalam ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor
dari lingkungan bersuhu rendah kemudian memindahkannya ke lingkungan
bersuhu tinggi. Gambar 2.1 menyajikan prinsip dasar dari mesin pendingin.
Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin
Contoh penggunaan mesin pendingin adalah pada kulkas dan penyejuk udara
dalam ruang mobil. Pada kulkas, ruang yang dikondisikan adalah ruang yang ada
di dalam kulkas, sedangkan lingkungan yang bersuhu tinggi ialah lingkungan di
R
Lingkungan
(Lingkungan bersuhu tinggi)
Ruang yang dikondisikan
(Lingkungan bersuhu rendah)
luar kulkas. Pada sistem penyejuk udara mobil, ruang yang dikondisikan adalah
ruang cabin mobil, sedangkan lingkungan yang bersuhu tinggi adalah udara di luar
mobil.
Contoh-contoh lain penggunaan mesin pendingin atau refrigerator adalah
sebagai pengkondisi udara ruangan rumah tangga, gedung-gedung bertingkat,
hotel, bank, gedung olahraga, mall, gedung rapat, komplek pertokoan, kantor,
sekolah, perguruan tinggi dan pada alat transportasi seperti bis, kereta api, dan
pesawat terbang. Mesin pendingin juga dipergunakan untuk mendinginkan dan
membekukan seperti pada freezer, ice maker, showcase, dan cold storage.
2.1.2Siklus kompresi uap
Dari sekian banyak jenis sistem refrigerasi, yang paling umum digunakan
adalah refrigerasi dengan sistem kompresi uap. Komponen utama dari sebuah siklus
kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan katup ekspansi atau
pipa kapiler. Gambar 2.2 menyajikan rangkaian komponen sistem siklus kompresi
uap dan Gambar 2.3 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram P-h, serta Gambar 2.4 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram T-S.
Gambar 2.2 Rangkaian komponen siklus kompresi uap Kondensor
Evaporator
Kompresor Pipa Kapiler 1
2 3
Pada siklus kompresi uap, evaporator bekerja menghisap kalor dari dalam
ruangan. Kalor yang diserap dipergunakan untuk menguapkan refrigeran. Oleh
kompresor gas atau uap refrigeran dikompresi hingga mencapai tekanan kondensor.
Di dalam kondensor uap refrigeran dikondensasikan dengan cara membuang panas
dari uap refrigeran ke lingkungannya. Kemudian refrigeran diturunkan tekanannya
oleh pipa kapiler, kembali ke tekanan kerja evaporator. Filter dipasang untuk
mendapatkan kondisi refrigeran yang bersih. Filter di tempatkan sebelum pipa
kapiler, karena pipa kapiler mudah buntu. Hal ini disebabkan karena diameter dari
pipa kapiler berukuran kecil. Kompresor dapat bekerja karena adanya energi listrik
yang diberikan. Selama energi listrik diberikan, siklus kompresi uap akan
berlangsung secara terus menerus.
Pada Gambar 2.2 Qin adalah energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan
massa refrigeran, proses ini berlangsung di evaporator. Qout adalah energi kalor
kalor yang dilepaskan oleh kondensor persatuan massa refrigeran, proses ini
berlangsung kondensor. Dan Win adalah kerja kompresor persatuan massa
refrigeran, proses ini berlangsung di kompresor.
Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada diagram P-h yang disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
3
1 2
4 1a
2a 3a
Te
kan
an
Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada diagram T-S yang disertai pemanasan
lanjut dan pendinginan lanjut
Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap yang disajikan pada
Gambar 2.3 dan Gambar 2.4 meliputi proses kompresi, desuperheating, kondensasi, pendinginan lanjut, throttling (penurunan tekanan), evaporasi dan pemanasan lanjut. Tidak setiap proses proses pada siklus kompresi uap melibatkan proses
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut.
a. Proses kompresi (1-2)
Proses kompresi ini dilakukan oleh kompresor terjadi pada tahap 1 – 2 dan
berlangsung secara isentropik adiabatik (isoentropi atau entropi konstan tanpa ada
proses perpindahan kalor keluar dari sistem). Kondisi awal refrigeran pada saat
masuk ke dalam kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah, setelah
mengalami kompresi refrigeran akan menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi.
Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar
kompresor pun meningkat.
b. Proses desuperheating atau penurunan suhu gas panas lanjut menjadi gas jenuh (2 – 2a)
Proses pendinginan dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada tahap 3
1 2
4 1a
2a 3a
T
em
per
at
ur
Entropi
2 – 2a. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini
disebabkan adanya kalor yang mengalir ke lingkungan karena suhu refrigeran lebih
tinggi dari suhu lingkungan.
c. Proses kondensasi (2a-3a)
Proses ini terjadi pada tahap 2a-3a berlangsung di dalam kondensor. Pada
proses ini gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses
berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari
kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara
lingkungan.
d. Proses pendinginan lanjut (3a – 3)
Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 3a – 3. Proses pendinginan lanjut
merupakan proses penurunan suhu refrigeran dari keadaan cair jenuh ke keadaan
refrigeran cair. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini diperlukan
agar kondisi refrigeran yang keluar dari kondensor benar – benar berada dalam fase
cair. Sehingga kemungkinan pipa kapiler tersumbat menjadi kecil.
e. Proses throttling atau proses penurunan tekanan (3-4)
Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3–4 ini berlangsung di pipa kapiler
secara isoentalpi (entalpi sama). Refrigeran cair mengalir menuju ke komponen
pipa kapiler dan mengalami penurunan tekanan dan suhu. Sehingga suhu dari
refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fase berubah dari
cair menjadi fase campuran cair dan gas.
f. Proses evaporasi atau penguapan (4 – 1a)
Proses evaporasi terjadi pada tahap 4 – 1a. Proses ini berlangsung di evaporator
secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama). Dalam fase campuran cair
dan gas, refrigeran yang mengalir ke evaporator memiliki tekanan dan temperatur
rendah sehingga ketika menerima kalor dari lingkungan, akan mengubah seluruh
fasa fluida refriegeran menjadi gas jenuh.
g. Proses pemanasan lanjut (1a – 1)
Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 1a – 1. Proses ini merupakan proses
lanjut sebelum memasuki kompresor. Pemanasan lanjut tersebut dapat disebabkan
oleh panjang pipa dari evaporator menuju kompresor, dimana penyerapan panas
dapat terjadi pada jalur pipa antara evaporator dan kompresor tersebut.
2.1.3Perhitungan pada siklus kompresi uap
Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk
menganalisa unjuk kerja mesin pendingin kompresi uap yang meliputi kerja
kompresor, energi yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator,
COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran masa refrigeran.
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi
pada diagram P-h dari titik 1 ke titik 2, yang dapat dihitung menggunakan
Persamaan (2.1):
1 2
h
h
W
in
(2.1)Pada Persamaan (2.1)
in
W
: kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg);1
h : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg);
2
h : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg).
b. Energi kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout)
Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor persatuan massa refrigeran
merupakan perubahan entalpi dari titik 2 ke titik 3. Perubahan tersebut dapat
dihitung dengan Persamaan (2.2):
3 2
h
h
Q
out
(2.2)Pada Persamaan (2.2)
out
2
h : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg);
3
h
: nilai entalpi refrigeran keluar kondensor atau masuk pipa kapiler (kJ/kg).c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)
Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran
merupakan perubahan entalpi dari titik 4 ke titik 1. Perubahan entalpi tersebut dapat
dihitung dengan Persamaan (2.3)
4 1
h
h
Q
in
(2.3)
Pada Persamaan (2.3)
in
Q
: energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg);1
h : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg);
4
h : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi
saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung
pada entalpi yang tetap maka nilai h4=h3 (kJ/kg).
d. Koefisien prestasi aktual / Coefficient of Performance aktual (
COP
aktual)Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah perbandingan antara
kalor yang diserap evaporator, dengan kerja yang diberikan pada kompresor. Dapat
dihitung dengan Persamaan (2.4)
1 2 4 1 h h h h W Q COP in in aktual
(2.4)
Pada Persamaan (2.4)
in
Q
: energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg);in
W
: kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg);1
h : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg);
2
4
h : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi
saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung
pada entalpi yang tetap maka nilai h4=h3 (kJ/kg).
e. Koefisien prestasi ideal / Coefficient Of Performance ideal (COPideal)
Koefisien prestasi ideal adalah nilai COP maksimal yang dapat dicapai oleh mesin yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Koefisian prestasi ideal pada
siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan Persamaan (2.5)
evap cond evap ideal T T T COP
(2.5)
Pada Persamaan (2.5)
cond
T
: suhu mutlak kondensor (K);evap
T
: suhu mutlak evaporator (K).f. Efisiensi mesin kompresi uap (
)Efisiensi adalah perbandingan antara
COP
aktual denganCOP
ideal . Efisiensimesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.6)
% 100 ideal aktual COP COP
(2.6)
Pada Persamaan (2.6)
aktual
COP
: Koefisien prestasi aktual / Coefficient of Performance aktual mesin siklus kompresi uap;ideal
COP
: Koefisien prestasi ideal / Coefficient of Performance ideal mesin siklus kompresi uap.g. Laju aliran massa refrigeran (m )
in
W V I
m (2.7)
Pada Persamaan (2.7)
I : arus listrik (A);
V : voltage (v);
in
W
: kerja yang dilakukan kompresor (kJ/kg).Dalam penggunaan diagram tekanan-entalpi nilai-nilai entalpi tergantung
jenis bahan pendingin yaitu refrigeran yang dipakai. Pada penelitian ini
menggunakan refrigeran jenis R 134a. Untuk diagram tekanan-entalpi R 134a
[image:32.595.87.511.67.693.2]disajikan pada Gambar 2.5.
2.1.4 Komponen komponen siklus kompresi uap
Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri dari
kompresor, kondensor, evaporator, dan pipa kapiler. Dan komponen tambahan
terdiri dari filter, thermostat, refrigeran, dan kipas.
2.1.4.1Kompresor
Kompresor adalah unit mesin pendingin yang berfungsi untuk mensirkulasi
refrigeran yang mengalir dalam unit mesin pendingin dan menaikkan tekanan
refrigeran. Klasifikasi kompresor berdasarkan letak motor penggeraknya dibagi
menjadi 3 yaitu :
a. Kompresor open unit (Open Type Compresor)
Jenis kompresor ini posisi kompresor terpisah dari tenaga penggeraknya.
Tenaga penggerak kompresor umumnya motor listrik. Salah satu ujung poros
engkol dari kompresor menonjol keluar, sebuah puli dari luar dipasang pada ujung
poros tersebut. Melalui tali puli dihubungkan dengan tenaga penggeraknya. Karena
ujung poros engkol keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi sil atau perapat
[image:33.595.87.512.240.634.2]agar refigeran tidak bocor keluar.
Gambar 2.6 Kompresor Open Unit
(sumber:
http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/kompresor-terbuka-open-type-compressor.html)
b. Kompresor semi hermatik
Pada konstruksi kompresor semi hermetic, kompresor dan motor listrik berdiri
sendiri-sendir dalam keadaan terpisah. Poros kompresor dirancang langsung
Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik (sumber: http://ecocoolworld.com/compressor-types/) c. Kompresor hermatik
Jenis kompresor yang motor penggeraknya dan kompresornya berada dalam
satu rumahan yang tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros dari
kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.
Gambar 2.8 Kompresor hermatik jenis torak
[image:34.595.87.509.104.720.2](sumber : http://www.indiamart.com/proddetail/cutaway-model-semi-hermetic-refrigerant-compressor-4485106655.html)
Gambar 2.9 Kompresor hermatik jenis rotari
2.1.4.2 Kondensor
Kondensor mempunyai fungsi melepaskan panas yang diserap refrigeran di
evaporator dan panas yang terjadi selama proses kompresi. Bentuk atau konstruksi
kondensor statis ada tiga macam yaitu :
1. Pipa dengan jari-jari penguat (wire and tube condensor)
2. Pipa dengan pelat logam (Plat type condensor)
[image:35.595.86.512.193.603.2]3. Pipa dengan sirip-sirip (tube and fins condensor)
Gambar 2.10 Macam-macam konstruksi kondensor
(sumber:http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/kondensor-berpendingin-udara.html)
Dilihat dari sisi media pendingin yang digunakan kondensor dapat
dibedakan 2 macam yaitu :
a. Kondensor berpendingin udara (Air Cooled Condenser)
Yaitu kondensor yang menggunakan udara sebagai media pendinginnya.
Kondensor berpendingin udara (air cooled condenser)mempunyai dua tipe yaitu :
natural draught condenser dan force draught condenser.
1. Natural draught condenser
Proses perpindahan kalor dari kondensor ke udara berlangsung secara alami
2. Force draught condenser
Proses perpindahan kalor dari kondensor ke udara berlangsung secara paksa
(konveksi paksa). Aliran udara dilakukan dengan bantuan kipas atau blower,
[image:36.595.86.513.209.611.2]contohnya pada kondensor air conditioner rumah tangga.
Gambar 2.11 Kondensor berpendingin udara
(sumber:http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Teknik%20Pendinginan/bab8.php)
b. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser).
Kondensor berpendingin (water cooled condensor) adalah kondensor yang menggunakan air sebagai media pendinginnya. Menurut proses aliran yang ada
pada kondensor ini terbagi menjadi dua jenis yaitu : waste water system dan
recirculating water system.
1. Waste water system
Suatu sistem dimana air yang disuplai untuk kondensor diambil dari pusat–
pusat air kemudian dialirkan melewati kondensor setelah itu dibuang.
2. Recirculating water system
Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan kondensor
berasal dari cooling tower. Air keluar dari kondensor di kirim ke cooling tower untuk di dinginkan, setelah didinginkan air di kirim kembali ke kondensor,
Gambar 2.12 Kondensor berpendingin air
(sumber: http://www.dwyer-inst.com/ApplicationGuides/?ID=38)
2.1.4.3Evaporator
Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah refrigeran dari fase
campuran cair dan gas menjadi gas seluruhya. Pada prinsipnya evaporator hampir
sama dengan kondensor, yaitu sama-sama sebagai penukar kalor yang fungsinya
mengubah fasa refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigeran berubah dari
uap menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap. Perbedaan
berikutnya adalah kondensor berfungsi membuang kalor ke lingkungan dan
evaporator berfungsi menyerap kalor. Beberapa jenis evaporator sebagai berikut:
a. Evaporator jenis plat
Evaporator jenis plat biasanya terdiri dari tembaga atau aluminium yang
tertanam di lempengan datar sehingga membentuk permukaan datar. Penampakan
evaporator jenis plat tampak seperti lempengan tunggal, akan tetapi di dalamnya
ada beberapa lilitan dari tabung logam yang dilalui media pendingin. Keuntungan
dari evapotaror jenis plat adalah mempunyai bentuk padat lilitan tabung terlindungi
menjadi satu kesatuan. Lempengan luar juga membantu meningkatkan perpindahan
kalor dari pipa logam untuk bahan yang bersifat dingin. Selanjutnya, evaporator
jenis plat mudah dibersihkan, dapat di produksi dengan harga murah dan dapat
dalam kulkas dan freezer, jenis ini paling sering digunakan dan dapat dibuat dalam bentuk kotak untuk membentuk kandang tertutup, di mana berbagai makanan dapat
disimpan dala keadaan beku. Evaporator jenis plat menyediakan tempat yang sangat
baik dalam freezer dan apilkasi yang serupa. Dapat digunakan sebagai partisi di
dalam freezer, bagian pembeku makanan, dan lemari es krim. Karena berbagai
kelebihan dan fleksibilitas yang ditawarkan oleh evaporator jenis plat dapat
[image:38.595.91.510.132.598.2]digunkan secara luas.
Gambar 2.13 Evaporator jenis plat
(sumber:http://alwankimia.com/2016/06/05/berbagai-macam-tipe-evaporator/)
b. Evaporator pipa bersirip
Evaporator bersirip adalah evaporator yang terbuat dari pipa tembaga atau pipa
baja yang ditambah dengan sirip-sirip yang terbuat dari plat tipis aluminium yang
dipasang sepanjang pipa untuk menambah luas permukaan perpindahan kalor.
Sirip-sirip aluminium berfungsi untuk memperluas permukaan evaporator sehingga
dapat menyerap kalor lebih banyak. Ketika aliran fluida yang akan didinginkan
melewati pipa evaporator menjadi tidak efektif sebagian besar terbuang
dikarenakan terlalu sedikit persinggungan antara fluida dan media pendingin,
dengan adanya sirip maka fluida akan tambah terjadi persinggungan dengan media
pendingin dikarenakan adanya pertambahan lebar permukaan dari sirip. Jarak antar
sirip disesuaikan dengan kapasitas evaporator biasanya berkisar antara 40 sampai
500 sirip per meter dan evaporator untuk keperluan suhu rendah, jarak siripnya
berkisar 80 sampai 200 sirip per meter. Untuk keperluan suhu tinggi, seperti ruang
Gambar 2.14 Evaporator pipa bersirip
(sumber:http://alwankimia.com/2016/06/05/berbagai-macam-tipe-evaporator/)
2.1.4.4Pipa kapiler
Pipa kapiler merupakan salah satu alat untuk menurunkan tekanan. Pipa
kapiler umumnya mempunyai ukuran panjang 1 hingga 6 m, dengan diameter
dalam 0,5 hingga 2 mm. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler terjadi
pernurunan tekanan refrigeran dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam
pipa kapiler. Proses penurunan tekanan refrigeran dalam pipa kapiler berlangsung
pada entalpi konstan atau tetap. Pada saat refrigeran masuk dalam pipa kapiler,
refrigeran dalam fase cair penuh. Saat masuk ke dalam evaporator, refrigeran dalam
fase cair dan gas.
Gambar 2.15 Pipa kapiler
2.1.4.5Filter
Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa saat
proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, bahan pendingin yang membawa
kotoran akan tersaring dan kemudian bahan pendingin yang telah melewati filter
menjadi lebih bersih sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan
maksimal. Selain itu jika tidak ada filter, kotoran akan masuk dalam pipa kapiler
dan dapat membuat pipa kapiler menjadi tersumbat dan menyebabkan sistem
menjadi tidak bekerja. Oleh sebab itu filter dipasang sebelum pipa kapiler.
Gambar 2.16 Filter
(sumber:
http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-bagian-bagian-kulkas.html)
2.1.4.6Thermostat
Thermostat adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja
kompresor. Pada thermostat di lengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah menguap. Tabung tersebut di tempatkan pada ruang mesin pendingin (ruang
evaporator) kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.
Prinsip kerja thermostat adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai titik beku ( dalam evaporator sudah mencapai suhu yang di tentukan), maka cairan
dalam tabung thermostat akan beku, cairan yang membeku akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke pipa kapiler yang
kosong , ruang gas akan menjadi kendur , pegas akan menekannya sehingga kontak
sekelar akan membuka dengan demikian terputuslah hubungan listrik dari PLN.
relatif lama dan apabila ruang pendingin atau evaporator suhunya naik dan tidak
pada titik beku. Fluida dalam thermostat akan menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada sekelar kontak sehingga sekelar menutup dan
menghubungkan kembali arus listrik dari PLN, kompresor akan bekerja kembali
dan demikian berturut-turut kerja thermostat.
Gambar 2.17 Thermostat
(sumber: http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-bagian-bagian-kulkas.html)
2.1.4.7Kipas angin
Kipas angin dipergunakan untuk menghasilkan angin. Fungsi yang umum
adalah untuk pendingin udara, penyegar udara, sebagai ventilasi rumah (exhaust fan), dan alat pengering (umumnya memakai komponen penghasil panas).
Gambar 2.18 KipasAngin
2.1.4.8Refrigeran
Refrigeran adalah fluida kerja yang di pergunakan dalam siklus kompresi
uap. Pemakaian refrigeran hanyalah yang ramah lingkungan dan tidak berbahaya
bagi lingkungan.
Gambar 2.19 Refrigeran
(sumber: http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-bagian-bagian-kulkas.html)
2.1.4.9 Ice pack
Ice pack adalah pengganti biang es (dry ice) atau es. Bentuknya berupa gel dalam kontener yang tidak mudah pecah atau bocor. Jika biang es digunakan akan
mudah habis dan berubah menjadi gas karno dioksida, sehingga hanya dapat
digunakan sekali saja. Ice pack dapat digunakan berkali-kali dengan hanya mendinginkan/membekukan kedalam lemari pembuat es (freezer).
Gambar 2.20 Ice pack
2.1.4 Psychrometric chart
Psychrometric chart merupakan grafik yang digunakan untuk mengetahui properti-properti yang ada di udara pada kondisi tertentu. Dengan psychrometric chart dapat diketahui secara lengkap sifat-sifat dari udara pada kondisi tertentu. Dibutuhkan minimal dua parameter yang sudah diketahui untuk mendapatkan nilai
dari properti-properti udara yang lain (Tdb, Twb, Tdp, W, RH, H, SpV). Gambar
psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.21.
Gambar 2.21 Psychrometric chart
Parameter-parameter udara dalam psychrometric chart antara lain (a) Dry- bulb temperature, (b) Wet-bulb temperature, (c) Specific humidity, (d) Dew-point temperature, (e) Entalpi, (f) Volume spesifik, (g) Kelembaban relatif. Berikut ini penjelasannya:
a. Dry-bulb temperature (Tdb)
[image:43.595.84.510.222.608.2]psycrometric chart, Tdb di posisikan sebagai garis vertikal yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terletak di bagian bawah chart.
b. Wet-bulb temperature (Twb)
Wet-bulb temperature adalah suhu udara basah yang diperoleh melalui pengukuran termometer dengan kondisi bulb pada keadaan basah (bulb diselimuti kain basah). Pada psychrometric chart, Twb di posisikan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak dibagian samping kanan chart.
c. Specific humidity (W)
Specific humidity adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering (kg air/ kg udara kering). Pada psychrometric chart W di posisikan pada garis sumbu vertikal yang ada dibagian samping kanan chart.
d. Dew-point temperature (Tdp)
Dew-point temperature adalah suhu saat uap air di dalam udara mulai menunjukkan pengembunan ketika didinginkan. Pada psychrometric chart, Tdp ditandai sebagai titik sepanjang saturasi.
e. Entalpi (h)
Entalpi adalah jumlah kalor total dari campuran udara dan uap air yang nilainya
tergantung suhu dan tekanannya. Dinyatakan dalam satuan BTU per pound udara.
Nilai entalpi dapat diperoleh sepanjang skala di atas garis saturasi.
f. Volume spesifik (SpV)
Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik per
kilogram udara kering, dapat juga dikatakan meter kubik udara kering atau meter
kubik campuran per kilogram udara kering.
g. Kelembaban relatif (%RH)
Kelembaban relatif adalah persentase perbandingan jumlah air yang terkandung
dalam satu meter kubik dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam
Gambar 2.22 Skematik Psychrometric chart
(Sumber: http://3.bp.blogspot.com/_ICtrCXo1vmE/Si2sSS7S6dI/AAAAAAAA AHs/w1Xdq348bEs/s400/psc_03.gif)
2.1.4.1 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart
Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart adalah sebagai berikut: (a) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying), (b) proses pemanasan (sensible heating), (c) proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (evaporative cooling), (d) proses pendinginan (sensible cooling), (e) proses humidifying, (f) proses dehumidifying (g) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (chemical and dehumidifying), (h) proses pemanasan dan menaikan kelembaban (heating and humidifying).
Gambar 2.23 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart
(Sumber: http://auworkshop.autodesk.com/sites/default/files/styles/large/public/ core-page-inserted-images/psycrometric_porcess.jpg?itok=W0CMb_1B)
(c)
(a)
(b) (d)
(e)
(f)
a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban adalah proses penurunan panas
sensibel dan penurunan panas laten ke udara. Pada proses ini, terjadi penurunan
temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur
titik embun, dan kelembaban spesifik. Sedangkan kelembaban relatif dapat
mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari
prosesnya.
b. Proses pemanasan sensibel (sensible heating)
Proses pemanasan sensibel (sensible heating) adalah proses penambahan panas sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola
kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur
titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif
mengalami penurunan.
c. Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (evaporative cooling)
Proses evaporative cooling berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola
kering, temperatur bola basah dan kelembaban spesifik. Pada proses ini, terjadi
penurunan temperatur kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan
temperatur bola basah, titik embun, kelembaban relatif dan kelembaban spesifik.
d. Proses pendinginan sensibel (sensible cooling)
Proses pendinginan sensibel adalah proses pengambilan panas sensibel dari
udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan,
terjadi penurunan pada temperatur bola kering, temperatur bola basah dan volume
spesifik, namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik
dan temperatur titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan.
e. Proses humidifying
Proses humidifying merupakan proses penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, temperatur
bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik.
Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi,
temperatur bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik.
g. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying) Proses ini menunjukkan kenaikan temperatur bola kering dan penurunan
kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembaban
spesifik, entalpi, temperatur bola basah dan kelembaban relatif, tetapi terjadi
peningkatan temperatur bola kering.
h. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidifying) Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini
terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, temperatur bola basah, temperatur
bola kering.
2.1.5.2 Proses-proses pada mesin penyejuk udara
Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara dapat dilihat pada
Gambar 2.21. Proses-prosesnya meliputi (a) proses pendinginan sensibel atau
sensible cooling (titik A-B), (b) proses pendinginan dan penurunan kelambapan atau cooling and dehumidifying (titik B-C), (c) proses pemanasan dan menaikkan kelembaban atau heating and humidify (titik C-A).
a. Proses pendinginan sensibel atau sensible cooling (titik A-B)
Pada proses ini terjadi penurunan suhu udara setelah melewati beberapa
rangkaian pipa evaporator. Penurunan suhu terjadi karena udara telah dialirkan
menuju evaporator dan didinginkan oleh evaporator. Pada proses ini terjadi proses
penurunan temperatur bola kering, temperatu bola basah dan volume spesifik,
namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Proses ini dapat dilihat pada Gambar
2.20.
Titik A merupakan kondisi udara daerah sebelum memasuki evaporator. Udara
pada titik A ini sebelumnya telah dipanaskan disertai penambahan uap air. Titik A
pada Psychrometric chart, diperoleh dengan melihat temperatur bola kering bola basah yang tertera pada hygrometer. Sedangkan titik B diperoleh dengan menarik garis lurus secara horizontal menuju garis melengkung yang menunjukan
kelembaban relatif 100%.
b. Proses pendinginan dan penurunan kelambaban atau cooling and dehumidifying (titik B-C)
Pada Gambar 2.20, proses merupakan proses penurunan panas sensibel dan
penurunan panas laten ke udara. Pada proses ini, temperatur bola kering, temperatur
bola basah, entalphi, volume spesifik, temperetur titik embun dan kelembapan
spesifik mengalami penurunan. Sedangkan kelembaban relatif nilainya tetap pada
nilai 100%. Pada prose ini udara didinginkan oleh evaporator hingga mendekati
suhu kerja evaporator. Uap air yang terjadi di udara mengalami proses
pengembunan sehingga berubah menjadi air. Proses pengembunan ini
mengakibatkan tingkat kelembapan spesifik pada udara menjadi berkurang.
Titik C pada proses ini merupakan kondisi udara setelah melewati evaporator
atau dapat disebut juga sebagai udara keluaran evaporator. Titik C ini diperoleh
dengan menggambar garis menurun mengikuti garis saturasi dari titik B hingga titik
suhu sama dengan suhu udara keluar evaporator.
Pada Gambar 2.21, proses ini merupakan udara dipanaskan disertai
penambahan uap air. Pada proses ini, terjadi peningkatan kelembaban spesifik,
entalpi, temperatur bola basah, dan temperatur bola kering. Proses ini menunjukkan
suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara setelah melewati evaporator
sehingga temperatur udara menjadi naik. Selanjutnya udara kembali ke proses Titik
A dimana kondisi udara sebelum memasuki evaporator. Selisih nilai specific humidity titik A dengan titik C merupakan jumlah kandungan uap air di udara yang berhasil dinaikkan oleh proses heating and humidify ini.
2.2 Tinjuan pustaka
Effendy, M., (2005). Telah melakukan penelitian tentang “Pengaruh
kecepatan udara pendingin kondensor terhadap koefisien air conditioning”. Bertujuan untuk mengungkap pengaruh peningkatan laju aliran massa udara di
kondensor terhadap koefisien prestasi sistem pendingin AC. Peralatan yang
digunakan dalam penelitian ini merupakan mesin refrigerasi dengan pendingin
udara. Hasil penelitian menunjukkan semakin besar laju aliran udara untuk
mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin meningkat.
Pada kecepatan udara pendingin di atas 2,98 m/s pengaruh perubahan terhadap
koefisien prestasi relatif kecil.
Helmi, R. (2010). telah melakukan penelitian tentang “Perbandingan COP
pada refrigerator dengan refrigeran CFC R12 dan HC R134a untuk panjang pipa
kapiler yang berbeda”. Penelitian bertujuan untuk mengetahui mana yang lebih baik
dan efisien dari kedua refrigeran CFC R12 ke HC R134a, serta manakah yang
menghasilkan suhu dingin dan COP tertinggi. Penelitian menggunakan tiga pipa
kapiler dengan ukuran yang berbeda. Untuk pipa kapiler ukuran 2,25 m, dengan
refrigeran HC R134a, suhu di evaporator lebih dingin dan COPnya lebih besar dibandingkan refrigeran CFC R12. Tetapi pemakaian refrigeran CFC R12 lebih
banyak dibandingkan HC R134a. Suhu terendah yang dihasilkan jika
mempergunakan refrigeran CFC R12 sebesar : -14 ºC, dengan pipa yang berukuran
panjang 1,75 m. Suhu terendah yang dihasilkan oleh refrigeran HC R134a sebesar
Syawalludin, S., (2013). telah melakukan penelitian tentang “Analisa
Pengaruh arus aliran udara masuk evaporator terhadap coefficient of performance”
yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi kecepatan aliran udara pada
evaporator terhadap unjuk kerja AC ruangan + 9000 Btu/jam. Penelitian ini
menggunakan metode eksperimental yaitu dengan melakukan pengamatan secara
langsung untuk memperoleh data sebab akibat melalui eksperimen guna
mendapatkan data empiris. Hasil dari penelitian didapatkan kesimpulan bahwa
kecepatan aliran udara sebelum masuk ke evaporator mempengaruhi unjuk kerja
air conditioning pendingin ruangan 1 HP yang dalam hal ini ditunjukkan oleh besarnya nilai coefficient of perfomance (COP). Coefficient of perfomance (COP) tertinggi yaitu 4,84 terjadi pada kecepatan aliran udara sebesar 154,524 m/s.
Sedangkan COP terkecil terjadi pada kecepatan aliran udara 84,699 m/s yaitu
31
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Objek penelitianObjek penelitian adalah mesin penyejuk udara dengan mempergunakan mesin
pendingin dan ice pack. Gambar 3.1 memperlihatkan skematik alat yang dijadikan penelitian.
Gambar 3.1 Skematik mesin penyejuk udara
Keterangan Gambar 3.1:
a. Kompresor
b. Kondensor
c. Evaporator
b
c
d
a
ice
p
a
ck
ice
p
a
ck
e
1 m 65 cm
m
54 cm m
d. Pipa kapiler
e. Kipas angin
f. Kipas evaporator
Untuk mengoperasikan mesin penyejuk udara diperlukan adanya sumber
listrik yang diambil dari PLN (Perusahaan Listrik Negara). Kompresor digunakan
menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kondensor
digunakan sebagai tempat pengembunan atau kondensasi refrigeran. Evaporator
digunakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga
sebagai tempat penguapan. Kipas digunakan untuk menghembuskan udara ke arah
evaporator dan ice pack.
3.2 Pembuatan mesin penyejuk udara
Dalam proses pembuatan mesin penyejuk udara ini diperlukan alat dan bahan
sebagai berikut:
3.2.1Alat
Peralatan yang digunakan dalam proses merakit mesin penyejuk udara, antara
lain:
a. Bor
Bor digunakan untuk membuat lubang. Pembuatan lubang dilakukan untuk
memuat lubang pada akrilik.
b. Gergaji besi dan gergaji kayu
Geraji besi digunakan untuk memotong besi. Besi yang dipotong menggunakan
gergaji besi adalah besi siku berlubnag. Dimana besi tersebut digunakan sebagai
bahan pembuatan rangka mesin penyejuk udara. Sedangkan gergaji kayu digunakan
untuk mengergaji papan kayu sebagai alas komponen mesin penyejuk udara.
c. Obeng dan kunci pas
Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang
digunakan adalah obeng (-) dan obeng (+). Sedangkan kunci pas digunakan untuk
mengencangkan baut.
Meteran digunakan untuk mengukur panjang suatu benda. Dalam proses
pembuatan rangka, meteran banyak digunakan untuk mengukur panjang besi L
berlubang, kayu dan akrilik. Sedangkan mistar digunakan untuk mengukur panjang
dari suatu benda, seperti styrofoam dan aluminum-foil. e. Pisau cutter dan gunting
Pisau cutter<