RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA DAN CAMPURAN AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

(1)

RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN

MENGGUNAKAN ENERGI SURYA DAN CAMPURAN

AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

STEFANUS WANGSA NIM. 100401029

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul

“RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA DAN CAMPURAN AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang tahu terima kasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada:

1. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing yang dengan

penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT. selaku Dosen Pembanding II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Kedua orang tua penulis, Heny Wangsa dan Sufiana serta kakak penulis, Emilia Wangsa yang tidak pernah putus – putusnya memberikan dukungan, doa, dan kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang

(11)

ii

7. Rekan-rekan khususnya Wunardi Surya, Christianto, Dwyanto, Hendri, Kenny Austin, Michael Tanjaya, Helbert, Wilsen Simon, Derrick, dan seluruh rekan mahasiswa angkatan 2010 serta semua rekan mahasiswa

Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

8. Teman – teman yang selalu memotivasi khususnya Danny, Kevin, Cindy, Jimmy, Ralf dan semua teman – teman yang berada di Keluarga

Mahasiswa Buddhis yang telah memberi semangat.

Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca, Terima kasih.

Medan, Februari 2015

(12)

iii

ABSTRAK

Penggunaan mesin pendingin bertujuan untuk mengkondisikan dan menyegarkan udara ruangan (pengkondisian udara). Terdapat mesin pendingin ruangan jenis lain yang menggunakan listrik dan refrigeran. Mesin pendingin ruangan yang dibahas adalah mesin pendingin yang dapat menyejukkan ruangan dengan menggunakan energi surya serta campuran air, garam, dan es sebagai media pendingin yang ramah lingkungan. Campuran air, garam, dan es dapat menurunkan titik beku cairan sehingga penyerapan kalor lebih efektif. Panas dari udara lingkungan dan infiltrasi dalam mesin pendingin ruangan disebut sebagai beban pendingin. Tujuan dari rancang bangun adalah mengetahui kelebihan styrofoam sebagai material utama mesin pendingin ruangan, menentukan dimensi mesin pendingin, mengetahui efek penurunan titik beku dengan menggunakan garam, dan mengetahui ukuran ruangan yang dapat disejukkan oleh mesin pendingin. Dalam melakukan rancang bangun sebuah mesin pendingin ruangan, dilakukan penentuan dimensi mesin pendingin ruangan dengan mempertimbangkan kapasitas media pendingin, pembuatan design dengan AUTOCAD 2011, penyiapan alat bahan, dan perakitan mesin pendingin. Dari proses rancang bangun diperoleh kesimpulan bahwa styrofoam sebagai bahan dasar untuk merancang mesin pendingin mempunyai tingkat kekakuan yang tinggi serta konduktivitas termal yang rendah, dan garam dapat berfungsi sebagai media penurunan titik beku yang baik.

(13)

iv

ABSTRACT

(14)

v

2.1.1 Pengertian Mesin Pendingin ... 4

2.1.2 Sejarah Mesin Pendingin ... 4

2.2 Pemilihan Styrofoam sebagai Bahan Utama ... 7

2.2.1 Pengertian dan Karakteristik Styrofoam ... 7

2.2.2 Styrofoam sebagai Insulasi Termal ... 8

2.3 Sifat dan Kekuatan Bahan ... 9

2.4 Media Pendingin ... 10

2.5 Air, Garam, dan Es ... 11

2.5.1 Air sebagai Media Pendingin ... 11

2.5.2 Sifat Koligatif Larutan ... 12

2.5.3 Garam Dapur sebagai Media Penurunan Titik Beku ... 14

(15)

vi

2.8 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan ... 20

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ... 21

3.1 Diagram Alir Perancangan ... 21

3.2 Penentuan Dimensi Mesin Pendingin Ruangan ... 22

3.3 Pembuatan Desain Mesin Pendingin Ruangan ... 22

3.4 Penyiapan Alat dan Bahan Perancangan ... 23

3.4.1 Penyiapan Alat ... 23

3.4.2 Penyiapan Bahan ... 25

3.5 Perakitan Mesin Pendingin Ruangan ... 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29

4.1 Efek Penurunan Titik Beku Garam ... 29

4.2 Analisa Dimensi Mesin Pendingin ... 32

4.3 Analisa Sifat dan Kekuatan Bahan Styrofoam ... 34

4.3.1 Densitas Styrofoam ... 34

4.3.2 Kekakuan Styrofoam ... 35

4.4 Analisa Ukuran Ruangan Terhadap Beban Pendingin ... 36

4.5 Analisa Panel Surya dan Akumulator ... 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 40

5.1 Kesimpulan ... 40

5.2 Saran ... 40

(16)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perbedaan Titik Beku Air dengan Tiga Jenis Larutan Lain ... 13

Gambar 2.2 Panel Surya ... 17

Gambar 2.3 Charge Controller ... 19

Gambar 2.4 Akumulator ... 19

Gambar 2.5 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan ... 20

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Mesin Pendingin Ruangan ... 21

Gambar 3.2 Dimensi Mesin Pendingin Ruangan ... 22

Gambar 3.3 Desain Mesin Pendingin Ruangan ... 23

Gambar 3.4 Cutter ... 23

Gambar 3.5 Jangka ... 24

Gambar 3.6 Gelas Ukur ... 24

Gambar 3.7 Timbangan Dapur ... 24

Gambar 3.8 Laptop ASUS A46CM ... 25

Gambar 3.9 Styrofoam ... 25

Gambar 3.10 Kipas Angin DC ... 26

Gambar 3.11 Pipa Elbow ... 26

Gambar 3.12 Solar Panel ... 26

Gambar 3.13 Charge Controller ... 27

Gambar 3.14 Akumulator ... 27

(17)

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik Styrofoam ... 8

Tabel 2.2 Konduktivitas Thermal Bahan ... 9

Tabel 2.3 Nilai Insulasi Ruangan ... 16

Tabel 2.4 Konstanta Arah Ruangan ... 16

Tabel 3.1 Penentuan Dimensi Mesin Pendingin Ruangan ... 22

(18)

ix

DAFTAR SIMBOL

Huruf Latin

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang m2

Isc Kuat arus rangkaian pendek A

(19)

x

Q Beban pendingin W

Ql,tot Beban laten total W

Qpp,tot Beban perpindahan panas total W

Qs,tot Beban sensibel total W

Tf larutan Titik beku larutan 0C

Tf pelarut Titik beku pelarut 0C

tp Waktu puncak s

V Volume m3

V Tegangan listrik V

Vm Tegangan maksimum V

Voc Tegangan rangkaian terbuka V

W Lebar ruangan m

X Jumlah partikel

molekul

Huruf Yunani

Simbol Keterangan Satuan

ρ Densitas kg/m3

σ Tegangan Pa

𝜖 Regangan -

∆𝑙 Pertambahan panjang cm

ΔTf Penurunan titik beku larutan 0C