PENGARUH PUTARAN KIPAS OUTLET TERHADAP
KARAKTERISTIK MESIN PENGHASIL AQUADES
DENGAN SIKLUS KOMPRESI UAP
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai Sarjana Teknik dibidang Teknik Mesin
Disusun Oleh :
EDUARDUS DONI SETIAWAN
NIM : 155214027
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE EFFECTS OF OUTLET FAN ROTATION TOWARD THE
CHARACTERISTICS OF AQUADES PRODUCING MACHINE
WITH A VAPOR COMPRESSION CYCLE
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
EDUARDUS DONI SETIAWAN
Student Number: 155214027
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO
Belajarlah dari sebuah kegagalan, kamu akan bangga saat mencapai sebuah
keberhasilan dan selalu libatkan Tuhan dalam pengambilan keputusan
Saya persembahkan skripsi ini untuk Tuhan Yesus Kristus yang
senantiasa memberi berkat, perlindungan, serta pikiran. Untuk
kedua orang tua saya, kakak dan seluruh keluarga.
viii
ABSTRAK
Pada umumnya aquades dihasilkan dengan proses penyulingan dan demineralisasi. Dibutuhkan mesin penghasil aquades yang lebih aman, ramah lingkungan, praktis dan sederhana yaitu, menggunakan mesin yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Tujuan dari penelitian ini adalah: (a) Merancang dan merakit mesin penghasil aquades dengan siklus kompresi uap. (b) Mengetahui volume aquades per jamnya yang dihasilkan mesin penghasil aquades untuk berbagai kecepatan putar kipas outlet. (c) Mengetahui karakteristik dari mesin siklus kompresi uap yang digunakan pada mesin penghasil aquades yang menghasilkan volume aquades terbanyak per jamnya meliputi : Win, Qout, Qin, COPaktual, COPideal dan efisiensi.
Mesin yang diteliti merupakan mesin penghasil aquades yang bekerja menggunakan mesin siklus kompresi uap. Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Komponen utama mesin penghasil aquades meliputi: kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler dengan daya sebesar 1 PK serta menggunakan refrigeran 32, rangkaian pencurah air dibuat menggunakan 2 bak pencurah air yang bervolume 0,034 m3, lubang pencurah berdiameter 2 mm, jarak antar lubang 2 cm, air dialirkan menggunakan pompa berdaya 100 watt, kipas berdaya 40 watt. Variasi penelitian dengan menggunakan kecepatan putar kipas outlet 0 rpm, kecepatan putar kipas outlet 981 rpm, kecepatan putar kipas outlet 1226 rpm dan kecepatan putar kipas outlet 1664 rpm. Lemari kotak mesin penghasil aquades bervolume 2,5 m3.
Mesin penghasil aquades berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Mesin mampu menghasilkan aquades dengan laju aliran volume air untuk kecepatan putar kipas outlet 0 rpm sebesar 1,858 liter/jam, untuk kecepatan putar kipas outlet 981 rpm sebesar 1,950 liter/jam, untuk kecepatan putar kipas outlet 1226 rpm sebesar 1,983 liter/jam dan untuk kecepatan putar kipas outlet 1664 rpm sebesar 2,017 liter/jam. Mesin siklus kompresi uap yang menghasilkan volume aquades terbanyak perjamnya memiliki Win sebesar 42,31 kJ/kg, Qout sebesar 268,53 kJ/kg, Qin sebesar 226,22 kJ/kg, COPaktual sebesar 5,35, COPideal sebesar 7,26 dan efisiensi sebesar 73,69 % .
ix
ABSTRACT
Normally, aquades is produced by distillation and demineralization. We need aquades producing machine that is safer, more environment friendly, practical and simple; it is a machine that works using vapor compression cycle. The aims of this research are: (a) Designing and assembling machinery that produces aquades by using vapor compression cycle, (b) Discovering the volume of aquades produced by the machine per hour for various rates of outlet fan, (c) Discovering the characteristics of vapor compression cycle machinery in the aquades producing machine that produces the most aquades volume per hour, including Win, Qout, Qin, COPideal and efficiency.
The machine researched is aquades producing machine that works using vapor compression cycle. The research was conducted at the Engineering Laboratory of Sanata Dharma University in Yogyakarta. The main components of the aquades producing machinery include compressor, condenser, evaporator and capillary pipe of 1 HP and refrigerant 32, pouring assembly using 2 water-pouring bucket of volume 0,034 m3, pouring hole with diameter of 2 mm, distance between holes of 2 cm, water is flowed out using a pump of 100 watts, and a fan of 40 watts. Variations are made in the research using different rates of outlet fan of 0 rpm, 981 rpm, 1226 rpm and 1664 rpm. The volume of the box for the aquades producing machine is 2,5 m3.
Aquades producing machine has been completely built and works properly. The machine is able to produce aquades. With the rate of outlet fan of 0 rpm, it produces water volume of 1.858 liter/hour. With the rate of outlet fan of 981 rpm, it produces water volume of 1.950 liter/hour. With the rate of outlet fan of 1226 rpm, it produces water volume of 1.983 liter/hour and with the rate of outlet fan of 1664 rpm, it produces water volume of 2.017 liter/hour. The machine produces the most volume of aquades per hour with Win of 42.31 kJ/kg, Qout of 268.53 kJ/kg, Qin of 226.22 kJ/kg, COPactual of 5.35, COPideal of 7.26 and efficiency of 73.69 %.
x
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 wajib untuk setiap mahasiswa Prodi Teknik Mesin untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Prodi 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 dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.
3. Doddy Purwadianto S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang mengijinkan dan memfasilitasi dalam melakukan penelitian. 4. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Seluruh Staf Pengajar dan Tenaga Kependidikan Prodi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ... vii
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ABSTRAK...viii
ABSTRACT...ix
KATA PENGANTAR...x
DAFTAR ISI...xii
DAFTAR GAMBAR...xv
DAFTAR TABEL...xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
xiii
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Dasar Teori ... 5
2.1.1 Aquades ... 5
2.1.2 Metode-Metode Pembuatan Aquades ... 5
2.1.3 Siklus Kompresi Uap ... 7
2.1.4 Perhitungan-Perhitungan Pada Siklus Kompresi Uap ... 11
2.1.5 Psychrometric Chart ... 13
2.1.5.1 Proses-Proses Yang Terjadi Pada Udara Dalam ... 15
Psychrometric Chart 2.1.5.2 Proses-Proses Pada Mesin Penghasil Aquades ... 21
2.1.5.3 Perhitungan Pada Psychrometric Chart ... 22
2.2 Tinjauan Pustaka ... 24
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 27
3.1 Objek Penelitian ... 27
3.2 Alat, Bahan dan Komponen Mesin ... 28
3.2.1 Alat ... 28
3.2.2 Bahan ... 30
3.2.3 Komponen Mesin ... 31
3.2.3.1 Komponen Pendukung ... 34
3.3 Alat Ukur ... 37
3.4 Proses Pembuatan Mesin Penghasil Aquades ... 39
3.5 Alur Penelitian ... 40
xiv
3.7 Variasi Penelitian ... 41
3.8 Cara Pengambilan Data ... 41
3.9 Cara Pengolahan Data ... 44
3.10 Cara Melakukan Pembahasan ... 45
3.11 Cara Pembuatan Kesimpulan dan Saran ... 45
BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 46
4.1 Hasil Penelitian ... 46
4.2 Perhitungan Siklus Kompresi Uap ... 50
4.2.1 Diagram P-h ... 50
4.3 Perhitungan Psychrometric Chart ... 54
4.3.1 Psychrometric Chart ... 54
4.4 Pembahasan ... 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 64
5.1 Kesimpulan ... 64
5.2 Saran ... 64
DAFTAR PUSTAKA ... 65
LAMPIRAN ... 66
A. Mesin Penghasil Aquades ... 66
B. Contoh Gambar Psychrometric Chart ... 67
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses destilasi ... 6
Gambar 2.2 Siklus kompresi uap ... 7
Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada diagram P-h ... 8
Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada diagram T-s ... 8
Gambar 2.5 Psychrometric chart ... 14
Gambar 2.6 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart ... 16
Gambar 2.7 Proses pendinginan dan penurunan kelembapan ... 17
Gambar 2.8 Proses pemanasan ... 17
Gambar 2.9 Proses pendinginan dan menaikkan kelembapan ... 18
Gambar 2.10 Proses pendinginan ... 18
Gambar 2.11 Proses menaikkan kelembapan ... 19
Gambar 2.12 Proses penurunan kelembapan ... 19
Gambar 2.13 Proses pemanasan dan penurunan kelembapan ... 20
Gambar 2.14 Proses pemanasan dan menaikkan kelembapan ... 20
Gambar 2.15 Proses-proses yang terjadi pada mesin penghasil aquades ... 21
Gambar 2.16 Skematik siklus udara mesin penghasil aquades dengan ... 22
pencurah air Gambar 3.1 Skematik mesin penghasil aquades dengan pencurah air ... 27
Gambar 3.2 Evaporator jenis pipa bersirip ... 32
xvi
Gambar 3.4 Kompresor hermetik jenis rotari ... 33
Gambar 3.5 Pipa kapiler ... 33
Gambar 3.6 Filter ... 34
Gambar 3.7 Pompa air ... 34
Gambar 3.8 Kipas ... 35
Gambar 3.9 Bak pencurah air ... 35
Gambar 3.10 Bak penampung air ... 36
Gambar 3.11 APPA dan termokopel ... 37
Gambar 3.12 Pressure gauge ... 37
Gambar 3.13 Hygrometer ... 38
Gambar 3.14 Stopwacth ... 38
Gambar 3.15 Alur penelitian mesin penghasil aquades ... 40
Gambar 3.16 Skematik penempatan alat ukur mesin penghasil aquades ... 42
dengan pencurah air Gambar 4.1 Siklus kompresi uap pada diagram P-h tanpa subcooling ... 51
dan tanpa superheating untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm Gambar 4.2 Proses-proses udara pada mesin penghasil aquades pada ... 55
psychrometric chart untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm Gambar 4.3 Kandungan uap air yang berhasil diembunkan oleh evaporator .. 60
Gambar 4.4 Volume air yang dihasilkan perjam ... 60
Gambar 4.5 Laju aliran massa udara ... 61
xvii
Gambar 4.4 Perbandingan volume air yang dihasilkan pada semua ... 62
variasi penelitian Gambar A.1 Mesin penghasil aquades ... 66
Gambar B.1 Psychrometric chart untuk kecepatan putar kipas 0 rpm ... 67
Gambar B.2 Psychrometric chart untuk kecepatan putar kipas 981 rpm ... 67
Gambar B.3 Psychrometric chart untuk kecepatan putar kipas 1226 rpm ... 68
Gambar B.4 Psychrometric chart untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm ... 68
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Satuan dan kisaran pengukuran pressure gauge ... 38
Tabel 3.2 variasi penelitian ... 41
Tabel 3.3 Data-data penelitian yang perlu dicatat ... 43
Tabel 4.1 Data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar ... 46
kipas 0 rpm Tabel 4.2 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan ... 47
putar kipas 0 rpm Tabel 4.3 Data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar ... 47
kipas 981 rpm. Tabel 4.4 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan ... 48
putar kipas 981 rpm Tabel 4.5 Data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar ... 48
kipas 1226 rpm Tabel 4.6 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan ... 49
putar kipas 1226 rpm Tabel 4.7 Data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar ... 49
kipas 1664 rpm Tabel 4.8 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan ... 50
putar kipas 1664 rpm Tabel 4.9 Data kelembapan relatif yang didapatkan pada ... 56
psychrometric chart Tabel 4.10 Data kelembapan spesifik yang didapatkan pada ... 56
psychrometric chart Tabel 4.11 Data hasil perhitungan pada psychrometric chart ... 58
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada zaman sekarang ini, air merupakan kebutuhan yang sangat penting demi berlangsungnya kehidupan semua makhluk di muka bumi ini terutama manusia. Alam menyediakan air untuk semua makhluk hidup di muka bumi ini karena air merupakan sumber kehidupan. Akan tetapi di daerah perkotaan susah didapatkan air bersih yang layak diminum. Air tanah kita banyak yang telah tercemar oleh air sungai. Hal ini dikarenakan air sungai kotor dan tidak mengalir. Permukaan air sungai hampir sama dengan permukaan air laut. Dengan tidak bisa mengalirnya air sungai ke laut maka air sumur di perkotaan tercemar oleh limbah rumah tangga maupun limbah industri. Oleh sebab itu akhir-akhir ini banyak masyarakat yang mengeluh tentang krisis air bersih di daerah perkotaan. Dengan adanya permasalahan tersebut perlu adanya solusi cara mendapatkan air selain dari dalam tanah.
Dengan perkembangan teknologi yang terus maju, kita harus bisa menciptakan teknologi yang berguna bagi masyarakat. Untuk mengatasi kekurangan air bersih di daerah perkotaan tersebut, kita dapat membuat inovasi yaitu membuat sebuah mesin penghasil air dari udara. Dimana mesin tersebut dapat mengambil air bukan dari dalam tanah melainkan air yang berada di udara. Dapat dipilih mesin penghasil air yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Mesin penghasil air tersebut dapat merupakan solusi dari permasalahan krisis air bersih di daerah perkotaan. Keunggulan air yang dihasilkan dari udara dibandingkan air dari sumur yaitu tidak mengandung logam. Akan tetapi untuk menghasilkan air dari udara membutuhkan waktu yang cukup panjang dari pada air sumur. Air dari udara ini juga bisa langsung dikonsumsi tanpa harus direbus terlebih dahulu.
air diuapkan kemudian diembunkan dengan melalui proses pendinginan. Sedangkan proses demineralisasi dilakukan dengan menyaring atau mencampur air dengan cairan kimia untuk memisahkan unsur logamnya. Biasanya aquades yang dijual bebas di pasaran diperoleh dari hasil proses demineralisasi. Proses penyulingan membutuhkan waktu yang lama. Air yang didapat lewat penyulingan dan deminetralisasi disebut aquades.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari pembuatan mesin penghasil air dari udara (aquades) ini adalah :
a. Bagaimanakah merancang dan merakit mesin penghasil aquades dengan pencurah air menggunakan siklus kompresi uap.
b. Berapa volume aquades yang dihasilkan mesin penghasil aquades dengan pencurah air untuk berbagai kecepatan putar kipas outlet.
c. Bagaimana karakteristik dari mesin siklus kompresi uap yang digunakan pada mesin penghasil aquades dengan pencurah air yang menghasilkan volume aquades terbanyak per jamnya tersebut.
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian mesin penghasil air dari udara (aquades) ini adalah : a. Merancang dan merakit mesin penghasil aquades dengan pencurah air
menggunakan siklus kompresi uap.
b. Mengetahui volume aquades per jamnya yang dihasilkan mesin penghasil aquades dengan pencurah air untuk berbagai kecepatan putar kipas outlet. c. Mengetahui karakteristik dari mesin siklus kompresi uap yang digunakan
pada mesin penghasil aquades dengan pencurah air yang menghasilkan volume aquades terbanyak per jamnya tersebut :
2. Mengetahui besarnya kalor yang dilepas kondensor (Qout) persatuan massa refrigeran.
3. Mengetahui besarnya kalor yang diserap evaporator (Qin) persatuan massa refrigeran.
4. Mengetahui besarnya COP aktual dan COP ideal dari mesin siklus kompresi uap yang digunakan.
5. Mengetahui efisiensi dari mesin siklus kompresi uap yang digunakan.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan yang diambil di dalam penelitian ini adalah :
a. Mesin penghasil aquades bekerja menggunakan mesin dengan siklus kompresi uap.
b. Komponen utama dari mesin siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler. Komponen alat tersebut diambil dari komponen mesin AC yang ada di pasaran.
c. Daya kompresor yang digunakan pada siklus kompresi uap adalah 1,0 PK untuk komponen yang lain ukurannya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
d. Mesin siklus kompresi uap menggunakan refrigeran R 32. e. Lemari mesin penghasil aquades bervolume 2,5 m3.
f. Komponen-komponen yang digunakan pada siklus kompresi uap dan bak pencurah air menggunakan komponen-komponen standar yang ada di pasaran.
g. Untuk memperbanyak pengembunan digunakan pemasangan sistem pencurah air dengan bak penampung air menggunakan pompa air untuk mensirkulasikannya.
h. Siklus kompresi uap pada diagram P-h diasumsikan tidak ada pemanasaan lanjut dan pendinginan lanjut.
i. Pada pencurah air menggunakan :
2. Pompa air yang memiliki daya 100 watt, jumlah 1. 3. Pipa PVC yang memiliki diameter 0,5 inch. 4. Bak air bervolume 0,0343 m3
5. Jarak antar lubang pada bak air 2 cm. 6. Diameter lubang pada bak air 2 mm.
1.5 Manfaat
Manfaat dari penelitian tentang mesin penghasil air dari udara (aquades) ini adalah :
a. Dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penghasil aquades yang dapat ditempatkan di Perpustakaan atau dipublikasikan pada khalayak ramai.
b. Dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan masyarakat luas.
c. Dapat dipergunakan untuk referensi bagi peneliti lain yang melakukan penelitian sejenis.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Aquades
Air destilasi (aquades) adalah air murni tidak mengandung logam, berbahan dasar air PDAM atau sumur yang telah melewati proses pemurnian dengan cara penyulingan atau proses demineralisasi. Proses penyulingan adalah proses di mana air akan diuapkan kemudian diembunkan melalui proses pendinginan. Sedangkan proses demineralisasi dilakukan dengan menyaring atau mencampur air dengan cairan kimia untuk memisahkan unsur logamnya. Biasanya air aquades yang dijual bebas di pasaran diperoleh dari hasil proses demineralisasi. Proses penyulingan membutuhkan waktu yang lama. Air yang didapat lewat penyulingan dan demineralisasi disebut aquades.
2.1.2 Metode Pembuatan Aquades
Saat ini di pasaran, metode dalam pembuatan aquades ada beberapa macam, diantaranya proses demineralisasi dan proses penyulingan (destilasi). a. Proses demineralisasi
Proses demineralisasi adalah sebuah proses penghilangan kadar garam dan mineral dalam air melalui proses pertukaran ion (ion exchange process) dengan menggunakan media resin atau softener anion dan kation. Proses ini mampu menghasilkan air aquades dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi (ultra pure water) dengan jumlah kandungan ionik dan an-ioniknya yang mendekati angka nol, sehingga mencapai batas yang hampir tidak dapat dideteksi lagi. Kelebihan dan kekurangan sistem demineralisasi :
1. Investasi awal yang dibutuhkan untuk proses ini lebih murah jika dibandingkan dengan aplikasi sistem pengolahan air lainnya seperti reverse osmosis.
3. Selektif dalam menghilangkan ion.
4. Limbah penukar ion memiliki konsentrasi yang tinggi dan membutuhkan tempat pembuangan khusus
5. Proses tidak berjalan mudah jika kadar zat terlarut dalam airnya tinggi 6. Dibutuhkan pengolahan awal untuk sebagian besar air permukaaan
7. Biaya yang dibutuhkan untuk proses regenerasi ataupun pergantian media resin jika dikalkulasikan untuk jangka waktu satu tahun cukup besar sehingga membutuhkan anggaran yang bersifat rutin atau regular.
b. Proses penyulingan (destilasi)
Proses penyulingan (destilasi) adalah suatu proses pemisahan dengan memanfaatkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas), maka dapat dikatakan bahwa proses penyulingan merupakan proses pemisahan komponen-komponennya berdasarkan perbedaan titik didihnya. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Proses destilasi didahului dengan penguapan senyawa cair dengan pemanasan, dilanjutkan dengan pengembunan uap yang terbentuk dan ditampung dalam wadah yang terpisah untuk mendapatkan destilat.
Gambar 2.1 Proses destilasi
2.1.3 Siklus Kompresi Uap
Siklus kompresi uap merupakan sistem refrigerasi yang menggunakan refrigeran sebagai media kerjanya. Gambar 2.2 menunjukkan rangkaian komponen siklus kompresi uap, Gambar 2.3 menunjukkan siklus kompresi uap pada diagram P-h dan Gambar 2.4 pada diagram T-s. Pada beberapa Gambar tersebut. Qin adalah besarnya kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, Qout adalah besarnya kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dan Win adalah kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran. Besarnya Qout merupakan penjumlahan dari Qin ditambah Win. Tanda panah menunjukkan arah refrigeran mengalir pada siklus kompresi uap. Komponen utama mesin terdiri dari kompresor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator. Qin dapat masuk ke evaporator karena suhu lingkungan lebih tinggi dibandingkan suhu kerja evaporator, sedangkan Qout dapat keluar dari kondensor karena suhu kerja kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan. Win dapat masuk ke kompresor karena adanya listrik yang diberikan pada kompresor.
Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada diagram P-h
Keterangan pada Gambar 2.2, Gambar 2.3 dan Gambar 2.4: Proses 1-2 : Proses kompresi kering.
Proses 2-2a : Proses penurunan suhu gas panas lanjut (desuperheating). Proses 2a-3a : Proses kondensasi.
Proses 3a-3 : Proses pendinginan lanjut (subcooling). Proses 3-4 : Proses penurunan tekanan.
Proses 4-1a : Proses evaporasi atau penguapan. Proses 1a-1 : Proses pemanasan lanjut (superheating).
Di dalam siklus kompresi uap ini, refrigeran mengalami beberapa proses yaitu:
a. Proses (1 – 2) merupakan proses kompresi kering
Proses kompresi ini dilakukan oleh kompresor, dimana refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah. Setelah mengalami kompresi, refrigeran akan menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi. Temperatur refrigeran akan lebih tinggi dari pada temperatur lingkungan. Proses berlangsung pada nilai entropi yang tetap (iso-entropi, isentropis)
b. Proses (2 – 2a) merupakan proses penurunan suhu gas panas lanjut (desuperheating)
Proses ini berlangsung sebelum memasuki kondensor. Refrigeran gas panas lanjut yang bertemperatur tinggi akan diturunkan sampai titik gas jenuh. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir ke lingkungan karena suhu refrigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap. c. Proses (2a – 3a) merupakan proses kondensasi
kalor dari kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara lingkungan.
d. Proses (3a – 3) merupakan proses pendinginan lanjut (subcooling)
Proses pendinginan lanjut merupakan proses penurunan suhu refrigeran 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, sebelum masuk pipa kapiler. Tujuan lain adalah untuk menaikkan nilai COP mesin siklus kompresi uap.
e. Proses (3 – 4) merupakan proses penurunan tekanan
Proses ini terjadi di dalam pipa kapiler. Refrigeran mengalami penurunan tekanan dan suhu. Sehingga suhu dari refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada proses ini refrigeran berubah fase dari cair menjadi fase cair dan gas. Proses berjalan pada nilai entalpi yang tetap (proses isentalpi).
f. Proses (4 – 1a) merupakan proses penguapan (evaporasi)
Pada proses ini refrigeran cair dan gas yang mengalir ke evaporator memiliki tekanan dan temperatur rendah sehingga ketika menerima kalor dari lingkungan, akan mengubah seluruh fase fluida refrigeran menjadi gas jenuh. Proses penguapan berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.
g. Proses (1a – 1) merupakan proses pemanasan lanjut (superheating)
2.1.4 Perhitungan-Perhitungan Pada Siklus Kompresi Uap
Berdasarkan Gambar 2.3 dan Gambar 2.4 dapat dihitung besarnya Win, Qout, Qin, COPaktual, COPideal, dan Efisiensi mesin siklus kompresi uap.
a. Kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
Besarnya kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1):
Win = h2 – h1 ... (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg
b. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout)
Besarnya energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.2):
Qout = h2 – h3 ...(2.2) Pada Persamaan (2.2) :
Qout : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, kJ/kg h2 : nilai entalpi refrigeran masuk kondensor, kJ/kg
h3 : nilai entalpi refrigeran keluar kondensor, kJ/kg
c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)
Qin = h1 – h4 ...(2.3) Pada Persamaan (2.3) :
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator, kJ/kg
h4 : nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler. kJ/kg
d. Coefficient of Performance aktual (COPaktual)
COPaktual (Coefficient of Performance aktual) mesin kompresi uap adalah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.4):
COPaktual = QWin
in ...2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
e. Coefficient of Performance ideal (COPideal)
COPideal (Coefficient of Performance ideal) merupakan COP maksimal yang dapat dicapai mesin siklus kompresi uap, dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.5):
COPideal
=
TevapTkond-Tevap ...(2.5)
Tkond : suhu mutlak kondensor, K Tevap : suhu mutlak evaporator, K
f. Efisiensi mesin kompresi uap (η)
Efisiensi mesin kompresi uap pada mesin penghasil air aquadest dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.6):
η
=
COPaktualCOPideal
x
100% …(2.6)Pada Persamaan (2.6) :
η : efisiensi mesin kompresi uap.
COPaktual : Coefficient Of Performance aktual mesin kompresi uap, COPideal : Coefficient Of Performance ideal mesin kompresi uap.
2.1.5 Psychrometric Chart
Psychrometric chart merupakan grafik thermodinamik udara yang meliputi hubungan antar suhu, kelembapan, enthalpi, kandungan uap air dan volume spesifik. 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, Tadp, W, RH, H, SpV). Contoh Gambar psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Psychrometric chart a. Dry-bulb temperature (Tdb)
Dry-bulb temperature (Tdb) adalah suhu udara yang diperoleh melalui pengukuran termometer dengan kondisi bulb pada keadaan kering. Tdb di posisikan sebagai garis vertikal yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terletak di bagian bawah chart. Tdb ini merupakan ukuran panas sensibel, perubahan Tdb menunjukkan adanya perubahan panas sensibel.
b. Wet-bulb temperature (Twb)
Wet-bulb temperature adalah suhu udara basah yang diperoleh melalui pengukuran termometer dengan kondisi bulb basah. Twb di posisikan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian samping kanan chart. Twb ini merupakan ukuran panas (enthalpi), perubahan Twb menunjukkan adanya panas total.
c. Dew-point temperature (Tadp)
sepanjang saturasi. Besarnya Tadp sama dengan Twb demikian pula Tdb. Perubahan Tadp akan menunjukkan adanya perubahan panas laten atau adanya perubahan kandungan uap air di udara.
d. Specific humidity (W)
Specific humidity adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap satu kilogram udara kering (kg air/ kg udara kering). W diposisikan pada garis sumbu vertikal yang ada di bagian samping kanan chart.
e. Relative humidity (%RH)
Relative humidity merupakan persentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam udara dengan jumlah air maksimal yang dapat dikandung oleh udara yang ada pada di suatu ruang atau lokasi tertentu pada suhu yang ditinjau. f. Entalpi (H)
Entalpi adalah jumlah kalor total yang dimiliki campuran udara dan uap air persatuan massa. Dinyatakan dalam satuan BTU/lb udara. Nilai entalpi dapat diperoleh sepanjang skala di atas garis saturasi.
g. 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.
2.1.5.1 Proses-Proses Yang Terjadi Pada Udara Dalam Psychrometric Chart
pemanasan dan menaikkan kelembapan (heating and humidifying). Gambar 2.6 menyajikan proses-proses tersebut pada psychrometric chart.
Gambar 2.6 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart <sumber : https://www.google.co.id/search?q=PROSES+PROSES+YANG+TER
JADI+PADA+PSYCHROMETRIK+CAHART&source=lnms&tbm=isch&sa=X>
Gambar 2.7 Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidifying)
b. Proses pemanasan (sensibel heating)
Proses pemanasan (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 kelembapan spesifik tetap konstan. Namun kelembapan relatif mengalami penurunan.
Gambar 2.8 Proses pemanasan (sensibleheating)
c. Proses pendinginan dan menaikkan kelembapan spesifik (cooling and humidifying)
kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembapan relatif dan kelembapan spesifik.
Gambar 2.9 Proses pendinginan dan menaikkan kelembapan (cooling and humidifying)
d. Proses pendinginan (sensibel cooling)
Proses pendinginan adalah proses pengambilan panas sensibel dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan, terjadi penurunan pada temperatur bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik, namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Pada kelembapan spesifik dan temperatur titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis horisontal kearah kiri.
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 kelembapan spesifik. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis vertikal kearah ke atas.
Gambar 2.11 Proses menaikkan kelembapan (humidifying) f. Proses dehumidifying
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 kelembapan spesifik. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis vertikal kearah ke bawah.
g. Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying) Proses ini berfungsi untuk kenaikan suhu bola kering dan menurunankan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembapan spesifik, entalpi, temperatur bola basah dan kelembapan relatif, tetapi terjadi peningkatan temperatur bola kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis keatas kanan bawah.
Gambar 2.13 Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying)
h. Proses pemanasan dan menaikkan kelembapan (heating and humidifying) Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikkan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis kearah kanan keatas.
2.1.5.2 Proses-Proses Pada Mesin Penghasil Aquades
Proses-proses yang terjadi pada mesin penghasil aquades dapat dilihat pada Gambar 2.15. Proses-prosesnya meliputi:
Gambar 2.15 Proses-proses yang terjadi pada mesin penghasil aquades Keterangan dari Gambar 2.15
a. Proses pendinginan dan penambahan kelembapan (cooling and dehumidifying) di titik A-B dilakukan oleh pencurah air.
b. Proses pendinginan (sensiblecooling) di titik B-C dilakukan oleh evaporator c. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidifying)
di titik C-D dilakukan oleh evaporator.
Gambar 2.16 Skematik siklus udara mesin penghasil aquades dengan pencurah air
2.1.5.3 Perhitungan Pada Psychrometric Chart
Dari data-data yang ada pada psychrometric chart dapat dihitung (a) laju aliran volume air yang diembunkan, (b) besarnya volume air yang dihasilkan perjamnya persatuan massa udara, (c) laju aliran massa udara, dan (d) debit aliran udara.
a. Laju aliran volume air yang diembunkan
Laju aliran volume air yang diembunkan dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.9):
Vair=vair
∆t …(2.9)
Pada Persamaan (2.9)
Vair : laju aliran volume air yang di embunkan, liter/jam A
B
vair : jumlah volume air yang diembunkan, liter
∆𝑡 : selang waktu yang dibutuhkan, jam
b. Kandungan uap air yang berhasil diembunkan oleh evaporator (ΔW). Besarnya kandungan uap air yang berhasil diembunkan oleh evaporator persatuan massa udara dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.10):
∆W = WB – WA …(2.10)
Pada Persamaan (2.10)
∆W : uap air yang berhasil diembunkan oleh evaporator, kgair/kgudara
WA : kelembapan spesifik udara sebelum masuk evaporator, kgair/kgudara WB : kelembapan spesifik udara setelah keluar evaporator, kgair/kgudara
c. Laju aliran massa udara (ṁudara).
Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.11):
ṁ udara
=
WB-WAVair (2.11)Pada Persamaan (2.11)
WA : kelembapan spesifik udara masuk evaporator, kgair/kgudara
WB : kelembapan spesifik udara setelah keluar evaporator, kgair/kgudara
ṁudara : laju aliran massa udara, kgudara/jam
d. Debit aliran udara
Debit aliran udara dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.12):
Q
udara=
ṁρudaraudara
…(2.12)
Pada Persamaan (2.12)
Qudara : debit aliran udara, m³/jam
ṁudara : laju aliran massa udara, kgudara/jam
ρudara : massa jenis udara (1,2 kg/m3)
2.2 Tinjauan Pustaka
24,48 liter/hari. Produksi air tawar unit desalinasi ini pada laju aliran massa air laut 0,0858 kg/s untuk laju aliran massa udara 0,0103 kg/s, 0,0153 kg/s, 0,0202 kg/s, 0,0254 kg/s dan 0,0306 kg/s berturut-turut rata-rata sebesar 11,28 liter/hari, 18,72 liter/hari, 24,48 liter/hari, 23,04 liter/hari dan 21,60 liter/hari. Air tawar hasil unit desalinasi memiliki nilai salinitas 620 ppm.
Frenky Christian Nababan dan Himsar Ambarita, (2015) melakukan penelitian tentang rancang bangun alat desalinasi air laut sistem vakum natural dengan media evaporator dan kondensor yang dimodifikasi flange. Penelitian ini dilakukan secara eksperimen. Pada penelitian ini Desalinasi air sistem vakum natural merupakan sebuah konsep inovatif sistem desalinasi baru yang memanfaatkan pengaruh gaya gravitasi natural dan tekanan atmosfer untuk membentuk ruang vakum dimana air laut dievaporasikan menggunakan sumber panas dengan tingkat yang rendah. Dari hasil penelitian dan analisis yang dilakukan pukul 09:00-17:00 WIB selama enam hari pada tanggal 12-14 November 2015 dan dilanjutkan 16-18 November 2015 diperoleh, kinerja alat desalinasi berada pada temperatur rata-rata evaporasi 50˚C pada tekanan vakum rata-rata 61,083 cmHg dengan energi listrik rata-rata proses evaporasi selama pengujian adalah 1 kWh dan total kehilangan panas ratarata 7,45 W. Adapun kuantitas air bersih rata-rata perhari yang diperoleh ialah 1,15 L.
27
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Objek yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin penghasil aquades, seperti tersaji pada Gambar 3.1. Mesin penghasil aquades bekerja dengan siklus kompresi uap mempergunakan 2 bak pencurah air ukuran p x l x t : 0,34 m x 0,31 m x 0,325 m dengan jarak antar lubang 2 cm dengan diameter lubang 2 mm. Ukuran mesin penghasil aquades panjang mesin 2,51 m, lebar mesin 0,985 m dan tinggi mesin 1,01 m.
Gambar 3.1. Skematik mesin penghasil aquades dengan pencurah air Keterangan Gambar 3.1 :
1. Kompresor 2. Kondensor
1 2 3 5
4
6 7
9
8
3. Pipa kapiler
9. Gelas ukur penampung aquades 10. Kipas variasi
3.2 Alat, Bahan dan Komponen Mesin
Dalam proses pembuatan mesin penghasil aquades diperlukan alat-alat bantu dan bahan-bahan penelitian.
3.2.1 Alat
Adapun alat yang digunakan dalam penelitian adalah mesin penghasil aquades adalah sebagai berikut:
a. Bor
Bor digunakan untuk melubangi bak pencurah air. Mata bor yang digunakan memiliki diameter 2 mm.
b. Meteran
Meteran digunakan untuk mengukur balok kayu yang akan di jadikan rangka utama mesin dan untuk mengukur papan yang akan digunakan untuk kotak utama mesin.
c. Mistar
d. Gergaji besi
Gergaji besi digunakan untuk memotong pipa PVC. Dimana pipa PVC tersebut digunakan untuk membuat rangkaian sehingga pompa dapat mengalirkan air dari bak tampungan air bawah ke bak pencurah atas.
e. Gergaji kayu
Gergaji kayu digunakan untuk memotong kayu balok, papan kayu. Dimana kayu balok digunakan untuk rangka utama mesin dan bak penampung air.
f. Gunting
Gunting digunakan untuk memotong terpal. Dimana terpal digunakan sebagai pelapis bak penampungan air.
g. Cutter
Cutter digunakan untuk memotong lakban. Dimana lakban digunakan untuk merapatkan mesin agar tidak ada celah udara yang masuk.
h. Obeng
Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan skrup. Kunci pas dan ring set digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut.
i. Gerinda tangan
Gerinda tangan digunakan untuk membuat lubang pada dinding kotak. Dimana lubang ini digunakan sebagai jalan keluar udara dari kondensor menuju lingkungan.
j. Palu
Palu digunakan untuk memukul paku, dimana paku tersebut digunakan untuk menyatukan kayu balok sehingga bisa menjadi kotak utama mesin.
k. Tube cutter
l. Tube expander
Tube expander atau pelebar pipa tembaga digunakan untuk melebarkan pipa tembaga agar dapat tersambung dengan baik.
m. Tang
Tang digunakan untuk memotong kawat dan digunakan untuk menarik kawat yang untuk mengikat mesin kompresi uap.
n. Amplas
Amplas digunakan untuk mengamplas permukaan kotak utama mesin sehingga kelihatan lebih halus.
3.2.2 Bahan
Bahan yang diperlukan dalam proses pembuatan mesin penghasil aquades sebagai berikut:
a. Kayu
Kayu digunakan untuk membuat rangka utama mesin penghasil aquades. b. Papan
Papan digunakan untuk membuat bak penampung air c. Kasiboard
Kasiboard digunakan untuk penutup luar kerangka dan penutup pintu mesin.
d. Terpal
Terpal digunakan untuk pelapis bak penampung air agar air tidak bocor. Terpal yang dipakai adalah biasanya yang digunakan dipasaran.
e. Roda lemari
f. Engsel pintu
Engsel pintu digunakan untuk bagian kontrol agar mudah di buka dan di tutup.
g. Kaca
Kaca digunakan untuk mengontrol pancuran air dan untuk melihat suhu yang tertera pada hygrometer.
h. Paku
Paku digunakan untuk menyatukan rangka kayu mesin penghasil air aquades serta digunakan untuk memasang papan kayu pada rangka kotak mesin.
i. Sekrup
Sekrup digunakan untuk memasang engsel pintu dan roda lemari. j. Lakban
Lakban digunakan untuk merapatkan kondensor dan evaporator dipapan kayu agar tidak ada celah udara yang masuk.
3.2.3 Komponen Mesin
a. Evaporator
Gambar 3.2 Evaporator jenis pipa bersirip b. Kondensor
Kondensor merupakan suatu alat penukar kalor yang berfungsi mengkondisikan refrigeran dari fase uap menjadi fase cair. Agar dapat berubah fase dari uap menjadi cair diperlukan suhu di lingkungan lebih rendah dari suhu refrigeran sehingga dapat terjadi pelepasan kalor di sekitar kondensor. Kondensor yang digunakan memiliki spesifikasi panjang 84,8 cm, lebar 32 cm dan tinggi 59,6 cm. Kondensor ini berjenis pipa bersirip, pipa berbahan alumunium dengan diameter pipa 6 mm dan jarak antar pipa 13 mm. Bahan sirip adalah alumunium dengan jarak antar sirip 1 mm.
c. Kompresor
Kompresor merupakan alat yang berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran ke komponen siklus kompresi uap yang lainnya melalui pipa-pipa dengan cara menghisap dan memompa refrigeran. Pada penelitian ini peneliti menggunakan kompresor hermetik jenis rotari. Kompresor ini memiliki daya sebesar 1 HP dengan tinggi 24 cm dan diameter 15 cm.
Gambar 3.4 Kompresor hermetik jenis rotari d. Pipa kapiler
Pipa kapiler merupakan alat yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran dari tekanan tinggi ke tekanan rendah sebelum masuk ke evaporator. Ketika tekanan refrigeran mengalami penurunan maka temperatur refrigeran juga mengalami penurunan. Dari hasil pengukuran, diketahui ukuran diameter pipa kapiler sebesar 0,8 mm. Pipa kapiler ini berbahan tembaga dengan panjang 50 cm.
e. Filter
Filter merupakan alat yang memiliki fungsi untuk menyaring kotoran dalam pipa kapiler seperti uap air dan sisasisa pemotongan, korosi maupun kotoran -kotoran yang lain. Dari hasil pengukuran, diketahui ukuran diameter filter sebesar 2 cm dan panjangnya 4,5 cm.
Gambar 3.6 Filter
3.2.3.1Komponen Pendukung
a. Pompa Air
Pompa air digunakan untuk mensirkulasikan air dari bak penampung air ke bak pencurah. Pompa air yang digunakan memiliki spesifikasi tinggi 20 cm dan diameter 13,5 cm. Daya pompa 100 Watt dengan head hisap 6 m, head tekan 6 m dan debit air yang 70 liter/menit.
b. Kipas
Kipas digunakan untuk mensirkulasikan udara yang melewati evaporator ke lingkungan. Kipas yang digunakan memiliki spesifikasi diameter kipas 25 cm. Daya kipas 40 Watt dengan jumlah sudu 3 diameter sudu 23,4 cm.
Gambar 3.8 Kipas c. Pipa PVC
Pipa PVC digunakan untuk saluran suplai air untuk mengalirkan air dari bak penapungan air ke bak pencurah air.
d. TBA
TBA digunakan untuk memperkuat dan mempererat sambungan antara keran dan sambungan pipa agar tidak terjadi kebocoran.
e. Lem pipa PVC Isaplas
Lem pipa PVC Isaplas digunakan untuk memperkuat sambungan pipa PVC dengan sambungan T maupun L.
f. Refrigeran
g. Bak Pencurah Air
Bak pencurah air digunakan untuk menambah kandungan air di dalam udara sehingga aquades yang dihasilkan lebih banyak. Jumlah bak pencurah air 2 dengan ukuran bak pencurah air panjang 34 cm, lebar 31 cm dan tinggi 32,5 cm. Dengan jarak lubang 2 cm, diameter lubang 2 mm dan jumlah baris lubang 16.
Gambar 3.9 Bak pencurah air h. Bak Penampung Air
Bak penampung air digunakan untuk menampung air yang di teteskan oleh bak pencurah air. Ukuran nya panjang 110 cm, lebarnya 80 cm dan tingginya 20 cm.
3.3 Alat Ukur
Alat ukur dalam mendapatkan data dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Pengukur Suhu Digital dan Termokopel
Termokopel berfungsi untuk mengukur perubahan suhu atau temperatur yang terjadi saat pengujian. Cara kerjanya yaitu ujung termokopel diletakkan (ditempelkan atau digantung) pada bagian yang akan diukur, maka suhu akan terbaca pada penampil suhu digital. Dalam pelaksanaan pengujian dilakukan kalibrasi agar mendapatkan data yang akurat.
Gambar 3.11 APPA dan termokopel b. Pressure Gauge
Pressure gauge berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran sisi rendah maupun sisi tinggi.
Gambar 3.12 Pressure gauge
Tabel 3.1 Satuan dan kisaran pengukuran pressure gauge
No Satuan Kisaran pengukuran
1 Psig 0 s/d 500
2 kPa 0 s/d 3400
3 kg/cm2 0 s/d 35
c. Hygrometer
Hygrometer digunakan untuk mengukur kelembapan suhu pada saat pengambilan data berlangsung dan juga untuk mengetahui suhu udara kering atau suhu udara basah.
Gambar 3.13 Hygrometer d. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu melakukan pengambilan data mesin penghasil aquades berlangsung.
e. Gelas Ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengukur berapa hasil aquades yang dihasilkan saat penelitian dilakukan.
3.4 Proses Pembuatan Mesin Penghasil Aquades
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin penghasil aquades, sebagai berikut:
a. Merancang skema mesin penghasil aquades.
b. Membuat rangka lemari mesin dengan menggunakan kayu balok sesuai ukuran yang ditentukan.
c. Memasang dinding luar rangka lemari menggunakan kasiboard. d. Memasang pintu pada lemari serta dipasang kaca.
e. Membuat bak penampungan air menggunakan papan kayu. f. Melapisi bak penampungan air dengan terpal.
g. Melubangi bak pencurah air ukuran p x l x t : 0,34 m x 0,31 m x 0,325 m dengan jarak lubang 2 cm dan diameter lubang 2 mm.
h. Membuat lubang di dinding untuk sirkulasi udara masukan menuju kondensor.
i. Membuat lubang di dinding untuk sirkulasi udara masuk dan udara keluar yang melewati evaporator.
j. Pemasangan komponen-komponen mesin siklus kompresi uap seperti: kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator.
3.5 Alur Penelitian
Mempersiapkan terlebih dahulu alur penelitian yang akan digunakan saat penelitian, sebelum melakukan pengambilan data. Alur penelitian akan mempermudah jalannya penelitian. Alur pelaksanaan penelitian mesin penghasil aquades seperti yang tersaji pada Gambar 3.15.
3.6 Metode Penelitian
Metode penelitian dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Perpindahan Kalor.
3.7 Variasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan menvariasikan kecepatan putaran kipas yang berada setelah evaporator. Tabel 3.2 menyediakan variasi penelitian yang akan dilakukan.
Tabel 3.2 Variasi penelitian
Variasi Keterangan
1
Kecepatan putar kipas 0 rpm mesin bekerja dengan pencurah air
3.8 Cara Pengambilan Data
kompresi uap pada diagram p-h. Sedangkan untuk mendapatkan data-data pada psychrometri chart, diperlukan data-data primer untuk menggambarkan proses penangkapan air dari udara dengan mesin penghasil aquades. Posisi alat ukur pada saat pengambilan data, seperti tersaji pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16 Skematik penempatan alat ukur mesin penghasil aquades dengan pencurah air
Keterangan :
Tdb, A : Suhu udara kering di titik A (udara luar). Twb, A : Suhu udara basah di titik A (udara luar).
Tdb, B : Suhu udara kering sebelum evaporator di titik B. Twb, B : Suhu udara basah sebelum evaporator di titik B. Tdb, D : Suhu udara kering setelah evaporator di titik D. Tevap : Suhu kerja evaporator.
Tkond : Suhu kerja kondensor
●Tdb, B
●Twb, B
●Tdb, A
●Twb, A
●Tevap
●Tdb, D
Langkah-langkah untuk pengambilan data dilakukan dengan sebagai berikut :
a. Penelitian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Kalor.
b. Mengkalibrasi APPA, hygrometer dan termokopel sebelum digunakan. c. Mengisi bak penampung air.
d. Menyalakan mesin, pompa dan kipas yang ada di setelah evaporator. e. Mengecek kipas, pompa dan bak pencurah air.
f. Mengatur alarm stopwatch sesuai dengan waktu yang dibutuhkan.
g. Setelah mesin dinyalakan dan mesin sudah bekerja dengan normal serta air aquades mengalir dengan stabil maka dapat dilakukan pengambilan data. h. Mencatat data - data penelitian yang ditunjukkan langsung pada penampil
suhu digital, termokopel, hygrometer serta jumlah air yang dihasilkan setiap 10 menit sekali selama dua jam.
i. Data yang perlu dicatat saat alarm stopwatch berbunyi dimasukkan pada tabel seperti terlihat pada Tabel 3.3 :
Tabel 3.3 Data-data penelitian yang perlu dicatat
T evap T kond Suhu di Suhu di titik A Suhu di titik B
No Waktu
Kecepatan putar kipas
3.9 Cara Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari hasil pengamatan langsung pada saat penelitian. Hasil pencatatan data dimasukkan kedalam tabel perhitungan. Berikut langkah-langkah mengolah data :
a. Memasukan data yang diperoleh dari hasil pengujian ke dalam tabel seperti Tabel 3.3. Hitung rata-rata dari tiga percobaan untuk setiap variasinya. b. Untuk dapat menggunakan P-h diagram maka lihat suhu kondensor dan suhu
evaporator di Tabel 3.3.
c. Selanjutnya mencari entalpi suhu kerja kondensor (Tkond) dan suhu kerja evaporator (Tevap) dengan menggunakan P-h diagram. Kemudian setelah mendapatkan entalpi suhu kerja evaporator dan suhu kerja kondensor, kemudian menghitung pertambahan kandungan uap air (Δw) menggunakan phsychrometric chart.
d. Setelah entalpi diketahui, entalpi digunakan untuk mengetahui karakteristik dari mesin siklus kompresi uap dengan cara menghitung besarnya kerja yang dilakukan oleh kompresor persatuan massa refrigeran (Win) menggunakan Persamaan (2.1), besarnya kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) menggunakan Persamaan (2.2), besarnya kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) menggunakan Persamaan (2.3), Coefficient Of Performance aktual mesin siklus kompresi uap (COPaktual) menggunakan Persamaan (2.4), Coefficient Of Performance ideal mesin siklus kompresi uap (COPideal) menggunakan Persamaan (2.5) dan efisiensi dari mesin siklus kompresi uap menggunakan Persamaan (2.6). e. Mencari nilai kelembapan spesifik udara setelah melewati pencurah (Wa)
serta nilai kelembapan spesifik udara setelah melewati evaporator (Wb) dengan menggunakan psychrometric chart.
diembunkan oleh evaporator (Δw) untuk setiap variasi. Untuk menghitung kandungan uap air yang berhasil diembunkan oleh evaporator (Δw) digunakan Persamaan (2.10).
g. Menghitung laju aliran volume air yang berhasil diembunkan (Vair ) untuk setiap variasi percobaan menggunakan Persamaan (2.9).
h. Setelah diketahui laju aliran volume air yang berhasil diembunkan (Vair), kemudian menghitung laju aliran massa udara saat proses pengembunan terjadi (ṁudara) untuk setiap variasi percobaan menggunakan Persamaan (2.11).
i. Kemudian mencari debit aliran udara (Qudara) untuk setiap variasi percobaan dengan menggunakan Persamaan (2.12).
j. Untuk memudahkan pembahasan, hasil-hasil dari proses menghasilkan aquades ditampilkan dalam bentuk grafik. Pembahasan terhadap grafik dilakukan dengan mengacu pada tujuan penelitian.
3.10 Cara Melakukan Pembahasan
Pembahasan dapat dilakukan setelah pengolahan data selesai dikerjakan. Dengan selesainya pengolahan data, dapat dilakukan pembahasan terhadap hasil-hasil penelitian. Untuk mempermudah pembahasan, hasil-hasil pengolahan data ditampilkan dalam bentuk grafik. Pembahasan dilakukan dengan mempertimbangkan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan dari peneliti lain yang sebidang.
3.11 Cara Pembuatan Kesimpulan dan Saran
46
BAB IV
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
Hasil yang didapatkan dalam penelitian pengaruh kecepatan putar kipas outlet terhadap karakteristik mesin penghasil aquades dengan siklus kompresi uap meliputi suhu kerja kondensor (Tkond), suhu kerja evaporator (Tevap), suhu udara kering dan suhu udara basah sebelum memasuki mesin (TA), suhu udara kering dan suhu udara basah setelah melewati pencurah air (TB), suhu udara kering setelah melewati evaporator (TD) dan jumlah air yang dihasilkan. Pengujian dilakukan dengan 3 kali percobaan untuk setiap variasi kecepatan putar kipas outlet, yaitu kecepatan putar kipas 0 rpm, kecepatan putar kipas 981 rpm, kecepatan putar kipas 1226 rpm dan kecepatan putar kipas 1664 rpm. Kemudian dihitung hasil rata-ratanya. Hasil rata-rata disajikan pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.8.
Tabel 4.1 Data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar kipas 0 rpm
Tabel 4.2 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar kipas 0 Volume aquades yang dihasilkan per jam 1858,33 ml/jam
Tabel 4.3 Data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar kipas 981 rpm
Tabel 4.4 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar kipas Volume aquades yang dihasilkan per jam 1950 ml/jam
Tabel 4.5 Data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar kipas 1226 rpm
Tabel 4.6 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar kipas Volume aquades yang dihasilkan per jam 1983,33 ml/jam
Tabel 4.7 Data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar kipas 1664 rpm
Tabel 4.8 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kecepatan putar kipas Volume aquades yang dihasilkan per jam 2016,67 ml/jam
4.2 Perhitungan Siklus Kompresi Uap
4.2.1 Diagram P-h
Gambar 4.1 Siklus kompresi uap pada diagram P-h tanpa subcooling dan tanpa superheating untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm
Dari diagram P-h yang telah digambarkan pada Gambar 4.1 dengan variasi kecepatan putar kipas 1664 rpm selama 2 jam, dari data penelitian didapatkan suhu kerja kondensor (Tkond) sebesar 46,79oC (319,79 K), suhu kerja evaporator (Tevap) sebesar 8,08oC (281,08 K), sehingga didapatkan nilai-nilai entalpi refrigeran pada sistem kompresi uap. Nilai entalpi h1 sebesar 516,48 kJ/kg, nilai entalpi h2 sebesar 558,79 kJ/kg, nilai entalpi h3 sama dengan nilai entalpi h4 sebesar 290,26 kJ/kg. Setelah mendapatkan nilai Tevap, Tkond, h1, h2, h3 dan h4, maka dapat dihitung unjuk kerja mesin persatuan massa refrigeran, energi kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa refrigeran, energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, COPaktual, COPideal dan efisiensi.
1. Kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
saat keluar kompresor (h2) dikurangi nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (h1). Perhitungan kerja kompresor untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm adalah sebagai berikut:
Win = h2 – h1
= 558,79 kJ/kg – 516,48 kJ/kg = 42,31 kJ/kg
2. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout)
Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada proses 2-3 (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 untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm adalah sebagai berikut:
Qout = h2 – h3
= 558,79 kJ/kg – 290,26 kJ/kg = 268,53 kJ/kg
3. Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)
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 dari pipa kapiler (h4=h3). Perhitungan energi kalor yang diserap oleh evaporator untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm adalah sebagai berikut:
Qin = h1 – h4
= 516,48 kJ/kg- 290,26 kJ/kg
= 226,22 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 kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win). Perhitungan Coefficient of Performance aktual untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm adalah sebagai berikut:
COPaktual
=
WQin in= 226,22 kJ/kg
42,31 kJ/kg
= 5,35
5. Coefficient of Performance ideal (COPideal)
mutlak kondensor (Tc) dengan suhu mutlak evaporator (Te). Perhitungan
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 mesin siklus kompresi uap (COPideal) dikali 100%. Perhitungan efisiensi untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm adalah sebagai berikut:
η
=
COPCOPaktualidealx
100%= 5,35
7,26
x
100 %= 73,69 %
4.3 Perhitungan Psychrometric chart
4.3.1 Psychrometric chart
basah (Twb) A di lingkungan, kemudian suhu udara kering (Tdb) B dan suhu udara basah (Twb) B setelah melewati pencurah air, suhu udara kering setelah melewati evaporator (Tdb) D, suhu kerja evaporator (Tevap) dan suhu kerja kondensor (Tkond).
Gambar 4.2 Proses-proses udara pada mesin penghasil aquades pada psychrometric chart untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm
a. Kelembapan relatif udara sebelum melewati pencurah air (RHA) dan kelembapan relatif udara setelah melewati pencurah air (RHB).
Tabel 4.9 Data kelembapan relatif yang didapatkan pada psychrometric chart
No Variasi penelitian RHA
(%) RHB (%) kelembapan spesifik udara setelah melewati evaporator (WB).
Kelembapan spesifik udara setelah melewati pencurah air (WA) dan kelembapan spesifik udara setelah melewati evaporator (WB) bisa diperoleh dengan psychrometric chart. Kelembapan spesifik udara setelah melewati pencurah air (WA) dapat diketahui melalui garis kelembapan spesifik di titik B. Kelembapan spesifik udara setelah melewati evaporator (WB) dapat diketahui melalui garis kembapan spesifik di titik D. Sebagai contoh menentukan kelembapan spesifik udara setelah melewati pencurah air (WA) dan kelembapan spesifik udara setelah melewati evaporator (WB) untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm memiliki nilai kelembapan spesifik udara setelah melewati pencurah air (WA) sebesar 0,0189 kgair/kgudara dan kelembapan spesifik udara setelah melewati evaporator (WB) sebesar 0,0104 kgair/kgudara.
Tabel 4.10 Data kelembapan spesifik yang didapatkan pada psychrometric chart
No Variasi penelitian WA
(kgair/kgudara)
c. Kandungan uap air yang berhasil diembunkan oleh evaporator (ΔW). Kandungan uap air yang berhasil diembunkan oleh evaporator (ΔW) dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.10). Kandungan uap air yang berhasil ditambahkan (ΔW) adalah kelembaban spesifik udara setelah melewati pencurah air (WA) dikurangi kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporator (WB). Sebagai contoh perhitungan massa air yang berhasil diembunkan oleh evaporator (ΔW) untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm adalah sebagai berikut:
ΔW = WA – WB
= 0,0189 kgair/kgudara – 0,00104 kgair/kgudara = 0,0085 kgair/kgudara
d. Laju aliran volume air yang berhasil diembunkan (Vair).
proses pengembunan (ṁudara) adalah laju aliran massa air (ṁair ) dibagi kandungan uap air yang berhasil ditambahkan (ΔW). Sebagai contoh perhitungan laju aliran massa udara saat proses pengembunan terjadi (ṁudara) untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm adalah sebagai berikut:
ṁudara = Vair
ΔW
= 2,017 liter/jam
0,0085 kgair/kgudara
= 237,29 kgudara/jam
f. 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 kecepatan putar kipas 1664 rpm adalah sebagai berikut:
Tabel 4.11 Data hasil perhitungan pada psychrometric chart
Tabel 4.12 Lanjutan data hasil perhitungan pada psychrometric chart
No Variasi penelitian ṁudara
(kgudara/jam)
Qudara (m³/jam)
1 Kecepatan putar kipas 0 rpm 229,38 191,15
2 Kecepatan putar kipas 981 rpm 234,94 195,78 3 Kecepatan putar kipas 1226 rpm 236,07 196,73 4 Kecepatan putar kipas 1664 rpm 237,29 197,75
4.4 Pembahasan
Mesin penghasil aquades dengan mempergunakan siklus kompresi uap yang dilengkapi dengan pencurah air berhasil dirakit dan mesin dapat bekerja sesuai fungsinya. Kondisi udara memiliki kelembapan relatif sebesar 70% sebelum melewati pencurah air kemudian meningkat menjadi sebesar 87% setelah melewati pencurah air untuk kecepatan putar kipas 0 rpm. Kelembapan relatif sebesar 70% sebelum melewati pencurah air kemudian meningkat menjadi sebesar 89% setelah melewati pencurah air untuk kecepatan putar kipas 981 rpm. Kelembapan relatif sebesar 70% sebelum melewati pencurah air kemudian meningkat menjadi sebesar 92% setelah melewati pencurah air untuk kecepatan putar kipas 1226 rpm. Kelembapan relatif sebesar 76% sebelum melewati pencurah air kemudian meningkat menjadi sebesar 94% setelah melewati pencurah air untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm. Meningkatnya kelembapan relatif dikarenakan adanya pencurah air dan meningkatnya laju aliran massa udara yang disebabkan oleh penambahan kipas variasi yang diletakkan di setelah evaporator. Rata-rata kondisi udara yang dihasilkan memiliki kelembapan relatif sebesar 71,50% sebelum melewati pencurah air dan meningkat hingga menjadi sebesar 90,50% setelah melewati pencurah air.
memiliki Win sebesar 42,31 kJ/kg, Qout sebesar 268,53 kJ/kg, Qin sebesar 226,22 kJ/kg, COPaktual sebesar 5,35, COPideal sebesar 7,26 dan efisiensi sebesar 73,69 %.
Gambar 4.3 Kandungan uap air yang berhasil diembunkan oleh evaporator
Gambar 4.4 Volume air yang dihasilkan perjam
0,0081
Kecepatan putar kipas 0 rpm Kecepatan putar kipas 981 rpm
Kecepatan putar kipas 1226 rpm Kecepatan putar kipas 1664 rpm
1,858
Kecepatan putar kipas 0 rpm Kecepatan putar kipas 981 rpm
