i
PENGARUH JUMLAH COOLING PAD DARI BAHAN KAIN TERRY TERHADAP KONDISI UDARA YANG DIHASILKAN AIR COOLER
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin
Diajukan oleh : HENRY WIBOWO
NIM : 165214088
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2020
ii
THE EFFECT OF THE AMOUNT OF COOLING PAD FROM THE TERRY CLOTH ON THE AIR CONDITION PRODUCED BY THE AIR
COOLER
FINAL PROJECT
As partial fulfilment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By:
HENRY WIBOWO Student Number : 165214088
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2020
iii
iv
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak dapat terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah iini dan disebutkan dalam daftar pustaka
Yogyakarta,11 Juni 2020
Henry Wibowo
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta:
Nama : Henry Wibowo
NIM : 165214088
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta skripsi saya yang berjudul:
Pengaruh Jumlah Cooling Pad Dari bahan Kain Terry terhadap Kondisi Udara yang dihasilkan Air Cooler
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 11 Juni 2020 Yang menyatakan ,
(Henry Wibowo)
vii ABSTRAK
Di zaman sekarang ini banyak polusi yang membuat udara di lingkungan sekitar kita menjadi kotor dan tercemar. Konidisi udara semakin kalor dan berpengaruh terhadap kehidupan manusia dan lingkungan. Hal ini menimbulkan suatu tantangan untuk segera diatasi. Salah satu solusi terhadap masalah tersebut adalah pembuatan mesin pendingin udara yang ramah lingkungan yaitu air cooler.
Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan merakit air cooler dengan cooling pad dari bahan kain terry (b) mengetahui pengaruh jumlah cooling pad dari bahan kain terry terhadap kondisi udara dan efektivitas pendinginan cooling pad yang dihasilkan pada air cooler.
Penelitian dilakukan secara eksperimen. Air cooler bekerja dengan sistem evaporative cooling. Variasi penelitian dilakukan terhadap jumlah cooling pad pada air cooler (a) menggunakan dua cooling pad (b) menggunakan empat cooling pad (c) menggunakan enam cooling pad. Dimensi cooling pad : p x l x t : 49 cm x 4 cm x 49 cm. Kipas yang dipergunakan memiliki daya : 100 watt, dengan diameter kipas : 50,8 cm. Pompa air yang dipergunakan memiliki daya sebesar : 60 watt.
Penelitian memberikan hasil : (a) air cooler berhasil dirancang, dirakit dan dapat bekerja sesuai fungsinya, (b) kondisi udara yang dihasilkan air cooler memiliki nilai suhu yang berbeda-beda untuk setiap variasinya. Kondisi udara terendah yang dihasilkan dua cooling pad adalah : Tdb : 26,4oC dan Twb : 24oC, RH : 80%, efektivitas : 0,667. Kondisi udara yang dihasilkan menggunakan empat cooling pad adalah : Tdb : 25,9 oC dan Twb : 24oC, RH : 88%, efektivitas : 0,724.
Kondisi udara yang dihasilkan dengan menggunakan enam cooling pad adalah : Tdb : 25 oC dan Twb : 24oC, RH : 90%, efektivitas : 0,885.
Kata kunci : pendingin, evaporative cooling, air cooler, cooling pad, terry
viii ABSTRACT
In this day and age there is a lot of pollution that makes the air in the environment around us become dirty and polluted. Air condition is getting hotter and influencing human life and the environment. This poses a challenge to be overcome immediately. One solution to this problem is the manufacture of environmentally friendly air conditioning machines, namely air coolers. The purpose of this study is (a) to design and assemble an air cooler with a cooling pad from terry cloth (b) to determine the effect of the amount of cooling pad from the terry cloth to the air condition produced by the air cooler.
The study was conducted experimentally. The air cooler works with an evaporative cooling system. Variations of research were carried out on the number of cooling pads on the air cooler (a) using two cooling pads (b) using four cooling pads (c) using six cooling pads. Dimensions of the cooling pad: p x l x t : 49 cm x 4 cm x 49 cm. The fan used has power: 100 watts, with a fan diameter: 50.8 cm.
The water pump used has a power of: 60 watts.
The research results: (a) the air cooler has been successfully assembled and can work according to its function, (b) the condition of the air produced by the air cooler has a different temperature value for each variation. The lowest air conditions produced by two cooling pads are: TdbB : 26.4oC and Twb: 24oC, RH : 80%, effectiveness : 0,667. The air conditions produced using four cooling pads are: TdbB : 25.9oC and Twb : 24oC, RH : 88%, effectiveness : 0,724. The air conditions produced by using six cooling pads are: TdbB : 25oC and Twb : 24oC, RH : 90%, effectiveness : 0,885.
Keyword : evaporative cooling, air cooler, cooling pad, terry
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat waktu.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan teknologi, Universitas Sanata Dharma. Skripsi ini membahas tentang perancangan air cooler dan penelitian air cooler yang dapat dijadikan referensi untuk pembuatan air cooler yang dapat dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta
2. Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta
3. Ir. P.K Purwadi, MT selaku Dosen Pembimbing Skripsi dan Dosen Pembimbing Akademik.
4. Ir. Rines, M.T selaku Kepala Lab. Konversi Energi, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta 5. F. Lilik Supriyanto dan L. Suwarsih selaku orang tua penulis yang sudah
mendukung dan membiayai penulis selama kuliah.
6. Raine Kusuma Amini yang selalu memberikan semangat dan motivasi kepada penulis.
7. Haris Ariyanto, Dhandy W.K, G. Bryan Prasojo, Beni Inawan, Vicentius Janu A. Budi Sirait sebagai teman seperjuangan dalam menyelesaikan skripsi ini.
8. Teman – teman Teknik Mesin angkatan 2016 yang telah memberikan semangat dan dukungan untuk menyelesaikan skripsi ini.
9. Seluruh Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
x
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari segenap pembaca untuk menyempurnakannya. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.
Yogyakarta, 11 Juni 2020
Henry Wibowo
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN………..………….iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iiiv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH . vi ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Batasan Pembuatan Alat ... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
1.6 Luaran Penelitian ... 5
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Dasar Teori... 5
2.1.1 Air Cooler ... 5
2.1.2 Evaporative Cooling ... 11
2.1.3 Sifat – Sifat Udara Basah ... 15
xii
2.1.4 Psychrometric Chart ... 17
2.1.5 Faktor Pertimbangan dalam Pemilihan Sistem Penyegaran Udara ... 23
2.2 Tinjauan Pustaka ... 24
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 27
3.1 Objek Penelitian ... 27
3.2 Variasi Penelitian ... 28
3.3 Metode Penelitian ... 28
3.4 Alur Penelitian ... 28
3.5 Alat ukur dan bahan yang digunakan... 30
3.5.1 Alat ukur yang digunakan... 30
3.5.2 Bahan yang digunakan... 32
3.5.3 Komponen pendukung ... 36
3.6 Proses pembuatan mesin penyejuk udara (air cooler) ... 39
3.7 Cara pengambilan data ... 40
3.8 Cara memperoleh data ... 42
3.9 Cara melakukan pembahasan ... 43
3.10 Cara pembuatan kesimpulan dan saran ... 43
BAB IV HASIL PENELITIAN, PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN ... 44
4.1 Hasil Penelitian ... 44
4.2 Pengolahan Data ... 45
xiii
4.3 Pembahasan ... 52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 57
5.1 Kesimpulan ... 57
5.2 Saran ... 57
DAFTAR PUSTAKA ... 59
LAMPIRAN ... 60
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Hasil penelitian dengan 2 cooling pad……….……… 42
Tabel 3.2Hasil penelitian dengan 4 cooling pad..………...………. 42
Tabel 3.3 Hasil penelitian dengan 6 cooling pad.………...………..43
Tabel 4.1 Hasil penelitian dengan 2 cooling pad.………. 44
Tabel 4.2 Hasil penelitian dengan 4 cooling pad ………...…………. 44
Tabel 4.3 Hasil penelitian dengan 6 cooling pad ………...……… .45
Tabel 4.4 Hasil penelitian dengan 2 cooling pad ………..……….… .45
Tabel 4.5 Hasil penelitian dengan 4 cooling pad ………..…….… .46
Tabel 4.6 Hasil penelitian dengan 6 cooling pad ……… .46
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan pertambahan kandungan air……… .52
Tabel 4.8 Data hasil perhitungan laju aliran massa………..……… .52
Tabel 4.9 Data hasil perhitungan energi kalor sensibel yang dilepas udara……..52
Tabel 4.10 Data hasil perhitungan efektifitas pendinginan cooling pad..…….. ...52
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Direct Evaporative Cooling ... 6
Gambar 2.2 Indirect Evaporative Cooling ... 7
Gambar 2.3 Skema Air Cooler ... 7
Gambar 2.4 Casing ... 8
Gambar 2.5 Kipas... 8
Gambar 2.6 Cooling Pad... 9
Gambar 2.7 Pompa Submersible ... 9
Gambar 2.8 Water Distribution Line ... 10
Gambar 2.9 Bak Pencurah Air ... 10
Gambar 2.10 Bak Penampung Air ... 11
Gambar 2.11 Proses Evaporative cooling ... 14
Gambar 2.12 Rangka Diagram Psychrometric ... 18
Gambar 2.13 Proses – Proses yang terjadi pada Psychrometric Chart ... 19
Gambar 3.1 Skematik Air Cooler ... 27
Gambar 3.2 Alur Penelitian Mesin Penyejuk Udara ... 29
Gambar 3.3 Termokopel ... 30
Gambar 3.4 Higrometer ... 31
Gambar 3.5 Stopwatch ... 31
Gambar 3.6 Anemometer ... 32
xvi
Gambar 3.7 Besi Siku ... 32
Gambar 3.8 Triplek ... 33
Gambar 3.9 Kain Terry ... 33
Gambar 3.10 Paku ... 34
Gambar 3.11 baut dan Mur ... 34
Gambar 3.12 Plastik Mika... 35
Gambar 3.13 Selang ... 35
Gambar 3.14 Roda ... 36
Gambar 3.15 Pompa ... 37
Gambar 3.16 Kipas... 37
Gambar 3.17 Bak Pencurah Air ... 38
Gambar 3.18 Bak Penampung Air ... 38
Gambar 3.19 Cooling Pad... 39
Gambar 4.1 Psychrometric Chart dengan 2 Cooling Pad ... 46
Gambar 4.2 Psychrometric Chart dengan 4 Cooling Pad ... 47
Gambar 4.3 Psychrometric Chart dengan 2 Cooling Pad ... 47
Gambar 4.4 Suhu Udara Bola Kering yang dihasilkan Air Cooler ... 54
Gambar 4.5 Kalor Sensibel yang dilepas Udara ... 54
Gambar 4.6 Efektivitas Pendinginan Cooling Pad ... 55
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kondisi cuaca saat ini yang semakin kalor sangat berpengaruh terhadap kehidupan manusia dan lingkungan, hal ini tentunya akan menimbulkan suatu permasalahan baru dalam bidang teknologi. Teknologi sendiri sangat berperan penting untuk memenuhi kebutuhan manusia dan lingkungan dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu teknologi yang dibutuhkan dan behubungan erat dengan permasalahan tersebut adalah mesin pendingin ruangan yang tentunya bebas dari pencemaran lingkungan. Permasalahan tersebut menuntut para engineer untuk selalu melakukan inovasi – inovasi terbaru dibidang teknologi dalam hal ini berkaitan dengan mesin pendingin udara. Macam – macam medin pendingin udara yang sudah ada dan menggunakkan daya listrik yang besar yaitu: Air Conditioner (AC), Coil Unit, sehingga hanya dapat dinikmati oleh masyarakat menegah keatas.
Alternatif lain mesin pendingin yang dapat digunakan untuk masyarakat menegah kebawah yaitu air cooler. Air cooler adalah solusi tentang permasalahan diatas. Air cooler merupakan mesin pendingin yang mempergunakan sistem evaporative cooling sebagai proses pendinginannya. Keunggulan dari air cooler adalah daya listrik yang dipakai relatif rendah karena hanya menggunakan pompa dan kipas, berbeda dengan AC yang mempergunakan sikluas kompresi uap sehingga membutuhkan daya listrik yang besar, kemudian air cooler tidak memerlukan ruangan tertutup untuk penggunaannya jadi kebutuhan oksigen dari
penggunanya bisa terpenuhi berbeda dengan AC yang harus berada di ruangan tertutup sehingga kebutuhan oksigen dari pengguna berkurang. Air cooler dapat dipindah – pindah untuk penempatannya dan untuk AC hanya bisa melekat di atas dinding. Air cooler menggunakan air sebagai fluida kerjanya sehingga lebih ramah lingkungan berbeda dengan AC yang menggunakan refrigeran sebagai fluida kerjanya yang membuat AC menjadi tidak ramah lingkungan karena dapat merusak lapisan ozon. Adapun kekurangan dari air cooler yaitu air pada bak penampung bisa habis karena air digunakan untuk proses penguapan sehingga penggunanya harus mengisi air lagi ketika air pada bak penampung habis. Air cooler tidak cocok digunakan di tempat yang kekurangan air, artinya jika ingin menggunakan air cooler kebutuhan untuk pengisian air pada bak penampung harus selalu terpenuhi.
Temperatur pada air cooler tidak dapat diatur sesuai keinginan, beberbeda dengan AC yang temperaturnya bisa diatur menggunakan remot. Air cooler hanya bisa maksimal untuk menyejukkan ketika penggunanya tepat berada di depan dari air cooler, berbeda dengan AC yang dapat mendinginkan penggunanya dalam sebuah ruangan dan tidak harus tepat didepannya.
Banyak macam dan merk air cooler yang ada di pasaran. Tetapi air cooler yang ada di pasaran ini memiliki perubahan suhu yang tidak begitu besar yaitu sekitar 3-5oC. Cooling pad menjadi faktor utama pada penurunan temperatur air cooler, karena cooling pad sebagai media terciptanya kondisi evaporative cooling.
Namun cooling pad tidak dijual dipasaran. Penulis tertarik untuk melakukan penelitian lebih lanjut tentang air cooler dikarenakan efektivitas dari air cooler masih memungkinkan untuk ditingkatkan karena air cooler yang ada di pasaran
hanya menggunakan 1 cooling pad. Penulis ingin merancang dan membuat cooling pad dengan jumlah yang lebih banyak dari air cooler yang ada di pasaran agar proses evaporative cooling yang terjadi lebih maksimal sehingga temperatur yang dihasilkan semakin rendah dan lebih efektif digunakan. Jika dipasaran bahan dari cooling pad yang digunakan adalah fiber maka disini penulis ingin membuat cooling pad dengan menggunakan bahan yang berbeda yaitu cooling pad dengan bahan kain jenis terry. Kain terry dipilih menjadi bahan dalam membuat cooling pad karena kain terry memiliki tingkat kapilaritas yang tinggi sehingga diharapkan proses penguapan lebih maksimal dan mendapat penurunan temperatur yang lebih rendah daripada air cooler yang ada di pasaran.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini yaitu:
a. Bagaimanakah merancang dan merakit air cooler dengan cooling pad yang terbuat dari bahan kain terry?
b. Bagaimanakah pengaruh jumlah cooling pad yang terbuat dari bahan kain terry terhadap kondisi udara dan efektivitas pendinginan cooling pad yang dihasilkan pada air cooler?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini yaitu:
a. Merancang dan merakit air cooler dengan cooling pad yang terbuat dari bahan kain terry.
b. Mengetahui pengaruh jumlah cooling pad yang terbuat dari bahan kain terry terhadap kondisi udara dan efektivitas pendinginan cooling pad yang dihasilkan pada air cooler.
1.4 Batasan Pembuatan Alat
Batasan – batasan dalam perancangan atau pembuatan mesin air cooler, meliputi:
a. Mesin penyejuk udara (air cooler) dirancang dengan ukuran p x l x t : 120 cm x 56 cm x 73 cm, dan jumlah cooling pad : 6 buah dengan ukuran cooling pad p x l x t : 49 cm x 4 cm x 49 cm, jarak antar cooling pad : 7 cm
b. Cooling pad terbuat dari kain terry, cooling pad berfungsi untuk menciptakan kondisi evaporative cooling
c. Di dalam ruangan air cooler terdapat 1 kipas dengan daya 100 watt, diameter kipas : 50,8 cm, jumlah sudu : 3 buah, diameter sudu : 25 cm
d. Menggunakan 1 pompa jenis submersible dengan head pompa maksimum 3 meter dengan kapasitas 0,349 liter/detik dan daya 60 Watt
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Bagi penulis, mampu memahami karakteristik dan cara kerja mesin penyejuk udara khususnya air cooler.
b. Bagi penulis, mendapat pengalaman melakukan penelitian air cooler dengan variasi jumlah cooling pad.
c. Bagi penulis, mampu mengetahui secara bijak mana yang lebih efektif dalam penggunaan mesin pendingin udara di beberapa kondisi udara yang berbeda.
d. Dapat menjadi acuan bagi orang lain yang ingin melakukan penelitian sejenis, terutama tentang air cooler.
e. Bagi orang lain yang ingin melakukan penelitian air cooler dapat mengembangkannya dengan berbagai variasi bahan cooling pad.
g. Hasil penelitian dapat untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan yang dapat ditempatkan di perpustakaan atau dipublikasikan pada khalayak ramai.
1.6 Luaran Penelitian
Menghasilkan produk teknologi tepat guna berupa mesin penyejuk udara air cooler dengan cooling pad terbuat dari kain terry dengan total daya listrik : 160 watt.
5 BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori 2.1.1 Air Cooler
Air cooler merupakan mesin pendingin yang menggunakan prinsip evaporative cooling. Pendinginan evaporative atau secara teknik disebut dengan pendinginan adiabatik adalah suatu proses pengkondisian udara yang dilakukan dengan membiarkan kontak langsung antara udara dengan air sehingga terjadi perubahan fase dari air menjadi uap air. Pada daerah yang beriklim kalor dan kering seperti Amerika Serikat dan beberapa negara lain, penggunaan air cooler dapat dilihat pada sebagian atau seluruh bangunan yang ada pada daerah tersebut karena air cooler dapat mereduksi seperempat dari penggunaan energi listrik yang dipergunakan untuk air conditioner (Althouse, Bracciano, and Turnquist,2005).
2.1.1.1 Tipe Desain Air Cooler a. Direct evaporative cooling
Direct evaporative cooling merupakan suatu cara yang digunakan untuk mendinginkan udara dengan sangat sederhana. Sebuah unit pendingin menguapkan uap air secara mekanik dengan menggunakan kipas angin untuk menarik udara melalui cooling pad yang dibasahi, atau cooling pad, yang menyediakan permukaan yang luas untuk penguapan air ke udara. Air disemprotkan di bagian atas cooling pad sehingga air dapat menetes ke dalam cooling pad dan terus menjaga membran dalam keadaan basah. Setiap kelebihan air, air akan menetes
keluar dari bagian bawah cooling pad dan dikumpulkan dalam bak penampungan air, kemudian air diedarkan kembali ke atas. Prinsip kerja evaporative cooling dapat dilihat pada Gambar 2.1. Udara dari luar (outdoor air) dialirkan secara paksa menggunakan supply fan melalui cooling pad yang dijaga tetap basah dengan cara mengalirkan air dari bagian atas cooling pad sehingga sebagian kalor sensibel dari udara dipindahkan ke air dan dipergunakan untuk menguapkan air yang menyebabkan suhu udara menjadi dingin. (Karpiscak, 1994, p.3)
Gambar 2.1 Direct Evaporative Cooling (Sumber: https://esource.bizenergyadvisor.com)
b. Indirect evaporative cooling
Indirect evaporative cooling merupakan proses mendinginkan tanpa meningkatkan kelembapan spesifik (w). Sistem indirect, lebih mahal dan mengkonsumsi energi yang lebih banyak jika dibandingkan dengan menggunakan sistem direct evaporative cooler. Prinsip kerja dari sistem ini ditunjukkan pada Gambar 2.2. Supplay fan mengalirkan udara luar (outdoor air) hingga bersentuhan dengan satu sisi permukaan heat exchanger yang dingin, yang didalamnya mengalir
udara (secondary air) yang suhunya relatif rendah. Setelah terjadi perpindahan kalor antara udara yang mengalir di luar heat exchanger dengan udara yang berada di dalam melalui heat exchanger, udara yang di dalam suhunya menjadi naik dan pada saat bersamaan pada sisi lain heat exchanger bersentuhan dengan cooling pad sehingga terjadi proses indirect evaporative cooling (Karpiscak, 1994, p.3).
Gambar 2.2 Indirect Evaporative Cooling (Sumber: https://esource.bizenergyadvisor.com)
2.1.1.2 Bagian – bagian Air Cooler
Pada gambar 2.3 menyajikan bagian bagian dari air cooler
Gambar 2.3 Skema air cooler
f c a
b
d
e
g
Air cooler terdiri dari beberapa bagian antara lain: (a) casing (b) kipas (c) cooling pad (d) pompa submersible (e) water distribution line (f) bak pencurah air (g) bak penampung air.
a. Casing
Bagian yang merupakan frame atau rangka dari sebuah air cooler dan berfungsi sebagai tempat melekatnya cooling pad, pompa, dan instalasi saluran air.
Gambar 2.4 Casing
b. Kipas
Fan atau kipas merupakan peralatan yang berfungsi mengalirkan udara luar dengan prinsip perbedaan tekanan yang terjadi pada inlet dan outlet. Untuk kapasitas mulai dari 1000 cubic feet per minute (CFM) hingga 2000 CFM.
Gambar 2.5 Kipas
c. Cooling Pad
Cooling Pad merupakan bagian yang berfungsi sebagai media untuk proses evaporative cooling (mendinginkan udara dan meningkatkan kelembapan udara spesifik). Umumnya cooling pad yang ada di pasaran terbuat dari bahan fiberglass, serat selulosa, atau aspen wood fiber.
Gambar 2.6 Cooling Pad d. Pompa Submersible
Pompa berfungsi mensirkulasi air dari water tank (tempat penampungan air).
Pompa bekerja ketika udara dialirkan oleh fan melewati cooling pad dimana pompa mengalirkan air dari water tank ke bagian atas cooling pad.
Gambar 2.7 Pompa Submersible
e. Water distribution line
Water distribution line merupakan peralatan yang tepat terletak di bagian atas dari cooling pad. Peralatan ini berfungsi mendistribusikan air agar seluruh permukaan dari cooling pad dapat menerima aliran air sehingga seluruh permukaan dapat dijaga tetap lembap (E-source, 1995).
Gambar 2.8 Water distribution line f. Bak Pencurah air
Bak pencurah air atas berfungsi untuk menampung air yang akan disirkulasikan dalam sistem. Gambar 2.9 menyajikan gambar bak pencurah air bagian atas.
Gambar 2.9 Bak pencurah air
g. Bak penampung air
Penampung air bawah berfungsi untuk tempat pompa dan menampung air yang telah disirkulasilkan dalam sistem. Gambar 2.10 menyajikan penampung air bawah.
Gambar 2.10 Bak penampung air
2.1.2 Evaporative Cooling
Proses evaporative cooling atau secara teknik disebut dengan proses pendinginan adiabatik adalah suatu proses pengkondisian udara yang dilakukan dengan membiarkan kontak langsung antara udara dengan air, sehingga terjadi perpindahan kalor dan perpindahan massa antara keduanya. Temperatur bola kering udara akan menurun dalam proses ini, dan kalor sensibel yang dilepaskan digunakan untuk menguapkan sebagian butiran air. Apabila selang waktu kontak air dan udara mencukupi, maka udara akan mencapai kondisi saturasi. Ketika kondisi equilibrium tercapai, temperatur air menurun hingga sama dengan temperatur bola basah udara. Secara umum akan diperoleh bahwa temperatur bola
basah udara sebelum dan sesudah proses adalah sama karena proses evaporative cooling terjadi di sepanjang garis bola basah (Twb) yang konstan.
Beberapa fakta yang terjadi dalam proses pendinginan udara dengan cara saturasi adiabatik :
a. Hanya terjadi perpindahan kalor internal, jumlah kalor sensibel yang dilepaskan adalah sama dengan jumlah kalor laten yang diterima, dan jumlah kalor total dari udara yang melalui pendinginan adalah konstan.
b. Temperatur bola basah udara tetap, temperatur bola kering turun, dan temperatur dew point naik.
c. Titik-titik air pada cooling pad basah pada air cooler akan dengan sendirinya menyesuaikan pada temperatur bola basah. Apabila titik-titik air yang masuk pada pendinginan memiliki temperatur lebih rendah daripada temperatur bola basah, maka mula-mula temperatur titik-titik air tersebut akan naik hingga mencapai temperatur bola basah kemudian baru menguap. Apabila titik-titik air yang masuk pada pendingin memiliki temperatur lebih tinggi daripada temperatur bola basah, maka temperatur titik-titik air itu akan turun hingga mencapai temperatur bola basah, oleh karena terjadinya penguapan.
Temperatur air yang akan masuk ke pendingin hanya memiliki pengaruh yang sangat kecil terhadap efisiensi pendinginan oleh karena kalor untuk pendingin 1 kg air hingga mencapai temperatur bola basah biasanya kurang dari 23,29 kJ, sedangkan kalor yang akan diserapnya ketika menguap adalah sebesar 1118,3 kJ.
d. Kuantitas pendinginan udara yang dihasilkan adalah berbanding secara lurus terhadap jumlah air yang menguap.
e. Apabila kondisi udara jenuh tercapai, maka temperatur bola kering dari udara yang keluar dari pendingin adalah sama dengan temperatur bola basah dan sama dengan temperatur dew-point. Namun bagaimanapun juga, kondisi udara 100% jenuh jarang sekali dapat dicapai, dan udara yang meninggalkan pendingin walaupun memiliki batas temperatur bola basah sebagai batas paling rendah, namun sesungguhnya tidak benar-benar mampu mencapai temperatur itu. Dari pengertian di atas, dapat diturunkan persamaan untuk menyatakan proses saturasi adiabatik dari campuran udara – uap air, yaitu jumlah kalor sensibel yang dilepas adalah sama dengan jumlah kalor laten yang diserap, atau secara matematis untuk satu satuan massa udara, dapat dinyatakan dengan Persamaan (2.1) :
(ca + cw) ( Tdb – Twb) = Lv (wB – wA) (2.1) pada Persamaan (2.1)
ca : kalor jenis udara kering, kJ/(kgudara.K) cw : kalor jenis uap air, kJ/(kgair.K)
wB : kelembapan spesifik udara setelah proses, kgair/kgudara
wA : kelembapan spesifik udara sebelum proses, kgair/kgudara TdB : temperatur bola kering sebelum proses, K
TwB : temperatur bola basah setelah proses, K
Lv : kalor laten penguapan air , kJ/kgair
Syarat agar proses pendinginan evaporative dapat berlangsung dengan baik adalah kondisi lingkungan yang kalor dan kering, yaitu lingkungan yang memiliki suhu tinggi dan temperatur bola basah yang relatif rendah. Dibandingkan dengan pendinginan sistem refrigerasi, pendinginan evaporative jauh lebih murah. Biaya awal yang dikeluarkan untuk membuat sebuah sistem pendinginan refrigerasi untuk ukuran yang sama, dan energi listrik yang dibutuhkan untuk pengoperasian alat pendingin evaporative pada umumnya kurang dari satu per lima kali dari energi yang dibutuhkan untuk alat pendingin refrigerasi.
Gambar 2.11 Proses evaporative cooling (Sumber: https://issuu.com)
A B C hA
hC
WB WA VA
D WD
2.1.3 Sifat – Sifat Udara Basah
2.1.3.1 Temperatur Bola Kering ( Temperature Dry Bulb) (Tdb)
Temperatur bola kering adalah temperatur udara yang dihasilkan oleh termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan kering. Temperatur bola kering hanya menyatakan derajat kandungan kalor sensibel dari suatu substansi, tidak menyatakan kandungan kalor laten di dalam udara
2.1.3.2 Temperatur Bola Basah ( Temperature Wet Bulb ) (Twb)
Temperatur bola basah adalah temperature udara paling rendah yang mampu ditunjukkan oleh termometer yang bolanya dililit dengan kain atau sumbu basah ketika termometer diletakkan di tempat yang dilalui aliran udara. Kalor laten penguapan ditentukan oleh temperatur bola basah, bukan temperatur bola kering karena penguapan aktual terjadi pada pembacaan temperatur bola basah. Ketika udara yang tidak jenuh berhembus melalui termometer bola basah, air dari permukaan yang dibasahi akan menguap, dan kalor laten yang diserap oleh proses penguapan air menyebabkan turunnya temperatur yang ditunjukkan oleh termo meter. Pada kondisi kesetimbangan, temperatur yang ditunjukkan oleh termometer akan konstan. Temperatur inilah yang disebut dengan temperatur bola basah (lihat Gambar 2.11).
2.1.3.3 Kelembapan Spesifik (Specific Humidity ) (w)
Kelembapan spesifik (w) didefinisikan sebagai massa uap air yang terkandung dalam 1 kilogram massa udara kering. Untuk mengetahui besar
kelembapan spesifik (w) dapat ditentukan dengan psychrometric chart yang dinyatakan dengan skala vertikal yang terletak pada batas kanan dari diagram.
2.1.3.4 Kelembapan Relatif (Relative Humidity) (RH)
Udara bebas akan selalu mengandung uap air, dan apabila udara tersebut mengandung seluruh uap air yang mampu dibawanya, maka dikatakan bahwa udara tersebut mengalami kondisi jenuh. Pada temperatur yang rendah, sangat sedikit uap air yang dibutuhkan untuk membuat udara menjadi jenuh, dan pada temperatur yang tinggi diperlukan banyak uap air untuk membuat udara menjadi jenuh. Dengan demikian, apabila tiba-tiba temperatur udara turun maka sebagian uap air tersebut akan mengembun. Akan tetapi udara tidak selalu berada pada kondisi jenuh, udara pada umumnya berada pada keadaan dibawah titik jenuh. Kelembapan relatif merupakan ukuran derajat kejenuhan udara pada temperatur bola kering (dB) tertentu. Besaran ini menyatakan persentase kejenuhan udara. RH = 100% berarti udara dalam keadaan jenuh dan RH = 0% berarti udara dalam keadaan kering sempurna. RH dapat pula didefinisikan sebagai rasio antara tekanan parsial aktual uap air dengan tekanan parsial saturasi uap air pada temperatur bola kering tertentu.
Untuk mengetahui nilai RH dapat dicari dari psychrometric chart.
2.1.3.5 Temperatur Dew Point (TdP)
Jika udara didinginkan, maka kemampuan udara untuk mempertahankan uap air yang dikandungnya akan menurun. Pada penurunan temperatur yang lebih lanjut akan menyebabkan kondensasi atau terjadinya embun. Temperatur dew- point didefinisikan sebagai temperatur dimana uap air dalam udara ketika didinginkan
mulai mengembun. Hal ini berarti udara harus didinginkan mencapai temperatur dew-point untuk mengurangi kandungan uap air yang ada di dalamnya.
2.1.3.6 Volume Spesifik (vs)
Untuk menghitung volume spesifik campuran udara-uap air, digunakan persamaan gas ideal. Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter-kubik per kilogram udara kering. Dapat juga dikatakan sebagai meter- kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering, karena volume yang diisi oleh masing-masing substansi sama. Dari persamaan gas ideal, volume spesifik (vs) dapat dinyatakan dengan melihat psychrometric chart.
2.1.3.7 Entalpi Udara (h)
Entalpi campuran udara kering dan uap air adalah jumlah dari entalpi udara kering dan entalpi uap air. Harga entalpi selalu didasarkan pada bidang data (datum plane), dan harga entalpi nol untuk udara kering dipilih pada 0oC. Harga entalpi nol untuk uap air berada pada air jenuh bersuhu 0oC, yang bidang datan ya sama dengan yang digunakan untuk tabel-tabel uap (steam).
2.1.4 Psychrometric Chart
Psychrometric chart adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat termodinamika dari udara basah. Secara umum digunakan untuk mengilustrasikan dan menganalisis perubahan sifat termal dan karakteristik dari proses dan siklus sistem penyegaran udara (air conditioning). Diagram psychrometric chart adalah gambaran dari sifat-sifat termodinamika dari udara basah dan variasi proses sistem penyegaran udara dan siklus sistem penyegaran udara. Dari diagram psychrometric chart akan membantu dalam perhitungan dan menganalis kerja dan perpindahan
energi dari proses dan siklus sistem penyegaran udara. Gambar 2.10 menyajikan salah satu gambar psychrometric chart.
Gambar 2.12 rangka diagram psychrometric chart (Sumber: https://issuu.com)
2.1.4.1 Proses – Proses yang terjadi dalam Psychrometric Chart
Proses – proses perlakuan udara yang dapat terjadi pada udara dalam psychrometric chart adalah sebagai berikut : (a) proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidifying), (b) proses pemanasan sensibel (sensible heating), (c) proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative cooling), (d) proses pendiginan sensibel (sensible cooling), (e) proses penaikkan kelembapan (humidifying), (f) proses penurunan kelembapan (dehumidifying), (g) proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying), (h) proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and humidifying).
Gambar 2.13 Proses – Proses yang terjadi pada Psychrometric Chart (Sumber : https://docplayer.info)
a. Sensible Heating (OA)
Proses pemanasan sensibel (heating) adalah proses penambahan kalor sensibel kearah 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.
b. Sensible Cooling (OB)
Proses pendinginan sensibel adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada pros2es pendinginan, terjadi penurunan pada temperatur bola kering, temperatur bola ba sah dan volume spesifik, namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Pada kelembapan spesifik dan temperatur titik embun terjadi perubahan atau konstan.
c. Humidifying (OC)
Proses humidifying merupakan proses penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi kenaikkan entalpi, temperatur bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik.
d. Dehumidifying (OD)
Proses dehumidifying nerupakan proses pengurangan kandungan uap air pada udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, temperatur bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik.
e. Heating and Dehumidifying (OE)
Proses heating and dehumidifying menunjukkan kenaikan temperature bola kering dan penurunan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembapan spesifik, entalpi, temperature bola basah dan kelembapan relative, tetapi terjadi peningkatan temperature bola kering.
f. Cooling and Dehumidifying (OF)
Proses pendinginan dan penurunan kelembapan adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada kalor ini, terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembapan spesifik. Sedangkkan penurunan tergantung prosesnya.
g. Evaporative Cooling (OG)
Proses evaporative cooling berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola kering, temperatur bola basah, dan kelembapan spesifik. Pada proses ini, terjadi penurunan temperatur kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembapan relatif dan kelembapan spesifik.
h. Heating and Humidifying (OH)
Pada proses heating and humidifying udara dikalorkan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikkan kelembapan spesifik, entalpi, temperature bola basah, temperatur bola kering.
2.1.4.2 Perhitungan pada Psychrometric Chart
Dengan bantuan pshychrometric chart dan gambar 2.11 dapatlah diketahui nilai – nilai wB,wA, v (volume spesifik), hA, dan hC. Pertambahan kandungan uap air pada proses evaporative cooling dapat dihitung dengan Persamaan (2.2) : a. Pertambahan kandungan uap air (Δw)
Δw = wB – wA……….……….….( 2.2)
Pada Persamaan (2.2) :
wB : kelembapan spesifik udara keluar dari cooling pad (kgair/kgudara) wA : kelembapan spesifik udara masuk ke cooling pad (kgair/kgudara)
Δw : pertambahan kandungan uap air dalam setiap 1 kilogram udara kering (kgair/kgudara)
b. Laju aliran volume udara (Qudara)
Laju aliran volume udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.3) :
Qudara = V x A ………...……….(2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
Qudara :debit aliran udara (m3/s)
V : kecepatan aliran udara di posisi A (m/s) A : luas penampang di posisi A(m2)
c. Laju aliran massa udara (ṁudara)
laju aliran massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) : ṁudara = 𝑉 x A
v𝐴 ………...………...(2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
ṁudara : laju aliran massa udara (kgudara/s) VA : volume spesifik di titik A, (m3/kg) V : kecepatan aliran udara (m/s) A : luas penampang (m2)
d. Besarnya energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout)
Besarnya energi kalor sensibel yang dilepas udara pada proses evaporative cooling dapat dihitung dengan Persamaan (2.5)
Qout = ṁudara x (hA – hC)………..………...(2.5) Pada Persamaan (2.5) :
Qout : kalor sensibel yang dilepas udara (kJ/s) ṁudara : laju aliran massa udara (kgudara/s) hA : harga entalpi di titik A (kJ/kg) hC : harga entalpi di titik C (kJ/kg) e. Efektivitas cooling pad
Efektivitas cooling pad untuk mencapai suhu terendah yang dapat dicapai dengan kondisi udara yang masuk dinyatakan dengan perbandingan anatara besarnya penurunan suhu udara kering yang di capai dengan besarnya maksimum penurunan suhu udara yang mungkin dicapai dinyatakan dengan Persamaan (2.6)
Є : Δ aktual
ΔTmaksimum= (TdbA)−(TdbB)
(TdbA)−(TwbA) ………..………...(2.6)
Pada Persamaaan (2.6) :
Є : Efektifitas pendinginan cooling pad (TdbB) : Suhu udara bola kering di titik B (oC) (TdbA): Suhu udara bola kering di titik A (oC) (TwbA) : Suhu udara bola basah di titik A (oC)
2.1.5 Faktor Pertimbangan dalam Pemilihan Sistem Penyegaran Udara Sistem penyegaran udara untuk kenyamanan manusia dirancang agar temperatur, kelembapan, kebersihan dan pendistribusian udara dapat dipertahankan pada keadaan yang diinginkan. Oleh karena itu, perancangan harus mempertimbangkan factor – factor pemilihan sistem penyegaran udara. Adapun faktor – faktor pemilihan sistem penyegaran udara meliputi : (a) faktor kenyamanan, (b) faktor ekonomi (c) faktor operasi dan perawatan.
a. Faktor kenyamanan
Kenyamanan pada sistem penyegaran udara yang dirancang ditentukan oleh beberapa parameter, antara lain : aliran udara, kebersihan udara, bau, kualitas ventilasi, tingkat kebisinginan dan interior ruangan. Tingkat keadaan pada sistem penyegaran udara yang dirancang dapat diatur dengan sistem pengaturan yang ada pada mesin penyegar udara.
b. Faktor ekonomi
Dalam proses pemasangan, operasi dan perawatan, serta sistem pengaturan yang digunakan harus diperhitungkan pula segi-segi ekonominya. Oleh sebab itu,
dalam perancangan sistem penyegaran udara harus mempertimbangkan biaya awal, operasional dan biaya perawatan yaitu sistem tersebut dapat beroperasi maksimal dengan biaya serendah-rendahnya.
c. Faktor operasi dan perawatan
pemilihan sistem penyegaran udara yang paling disukai adalah sistem yang mudah dipahami konstruksi, susunan dan cara menjalankannya. Beberapa faktor pertimbangan operasi dan perawatan meliputi :
1. Konstruksi sederhana 2. Tahan lama
3. Mudah perawatannya
4. Mudah diraparasi apabila ada kerusakan 5. Efisiensi tinggi
6. Fleksibel melayani kondisi operasi 2.2 Tinjauan Pustaka
Yohanes (2016) telah melakukan penelitian tentang air cooler yang bertujuan untuk (a) memodifikasi air cooler yang ada di pasaran dengan menambahkan serabut kelapa (b) mengetahuikarakteristik dari air cooler dan mengetahui peningkatan efisiensi dari air cooler tersebut. Penelitian dilakukan secara eksperimen Hasil dari penelitian ini adalah (a) air cooler dimodifikasi dengan baik sehingga dapat bersaing dengan air cooler yang ada di pasaran. (b) karakteristik air cooler yang dibuat dengan 8 variasi penelitian kondisi udara mendapatkan hasil efisiensi terbaik dari air cooler menyala menggunakan air ditambah dengan cooling pad serabut kelapa dan ditambah dengan 2 liter balok es
dengan kondisi : TdbA : 31,5oC, TwbA : 21oC, TdbB : 23,5oC, TwbB : 21oC, dan dengan efisiensi : 91,98%.
Raymundus (2015) telah melakukan penelitian tentang air cooler yang bertujuan (a) merancang dan merakit air cooler dengan tiga kecepatan udara (b) untuk mengetahui pengaruh variasi cooling pad terhadap efisiensi air cooler.
Penelitian dilakukan secara eksperimen. Hasil dari penelitian ini adalah (a) air cooler dibuat dengan baik, sehingga dapat bersaing dengan air cooler yang ada di pasaran (b) hasil efisiensi terbaik dari semua penelitian air cooler adalah menggunakan cooling pad honey comb dengan cooling pad sponge dan cairan pendingin air es sebesar 70,20 % pada kecepatan low dengan TdbA : 30,08oC dan kondisi TwbA : 27,59oC.
Anastasia (2011) telah melakukan penelitian air cooler yang bertujuan untuk (a) mengetahui besarnya penurunan suhu (b) mengetahui kenaikkan efisiensi air cooler dalam berbagai variasi penelitian. Penelitian dilakukan secara eksperimen.
Hasil dari penelitian ini adalah (a) TdbB terendah dari variasi kecepatan low, dengan TdbB : 22,5oC. TwbB terendah dari cooling pad sponge adalah dengan menggunakan balok es dengan kecepatan low, medium, high, dengan TwbB :21oC. hasil terendah dari Tdb dan Twb yang dihasilkan diperoleh dari TdbA : 31,5oC dan TwbA : 21oC. TdbB
terendah dari variasi cooling pad sponge dan mesin pengering adalah dengan menggunakan balok es dengan kecepatan udara high, dengan TdbB : 32,95oC dan TwbB : 29oC. Hasil terendah dari udara kering dan udara basah diperoleh dari TdbA : 54,03oC dan TwbA : 29oC. (b) efisiensi terbaik yang dihasilkan oleh variasi cooling
pad sponge dengan menggunakan balok es yaitu sebesar 97,37% dengan kecepatan low dengan TdbA : 31,5oC dan TwbA : 22oC.
Jerry (2011) telah melakukan penelitian air cooler yang bertujuan (a) memodifikasi air cooler yang ada di pasaran dengan menggunakan air yang didinginkan mesin pendingin (b) mengetahui karakteristik dari air cooler dan mengetahui peningkatan efisiensi dari air cooler. Penelitian dilakukan secara eksperimen. Hasil dari penelitian ini adalah (a) air cooler dimodifikasi dengan baik sehingga dapat bersaing dengan air cooler yang ada di pasaran, (b) karakteristik dari air cooler yang dibuat dengan 2 variasi penelitian kondisi udara mendapatkan hasil efisiensi terbaik dari air cooler menggunakan air yang didinginkan mesin pendingin, meliputi TdbA : 24,50oC, TwbA : 24,5oC, TdbB : 25,4oC, TwbB : 23,5oC, dan dengan edisiensi : 74,55%.
Bryan (2019) telah melakukan penelitian air cooler yang bertujuan (a) merancang dan merakit air cooler dengan daya listrik yang rendah, (b) mengetahui pengaruh kecepatan putaran kipas terhadap kondisi udara. Penelitian dilakukan secara eksperimen. Hasil dari penelitian ini adalah (a) air cooler dengan daya listrik rendah berhasil dirakit dan mesin dapat bekerja sesuai fungsinya, (b) kondisi udara yang dihasilkan air cooler memiliki nilai suhu yang berbeda – beda untuk setiap variasinya. Untuk kecepatan 981 rpm didapatkan kondisi udara TdbB : 25,1oC, dari kondisi udara TdbA : 30,3oC, untuk kecepatan 1226 rpm didapatkan kondisi udara TdbB : 24,98oC, dari kondisi udara TdbA : 30,3oC, untuk kecepatan 1664 rpm didapatkan kondisi udara TdbB : 24,88oC, dari kondisi udara TdbA : 30,3oC.
27 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Pada penelitian ini, objek yang diteliti adalah mesin penyejuk udara dengan daya listrik rendah (air cooler). Alat yang digunakan ini memiliki daya total 160 watt dan ukuran panjang 120 cm, lebar 56 cm, tinggi 73 cm. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan jumlah cooling pad pada air cooler (a) menggunakan 2 cooling pad (b) menggunakan 4 cooling pad (c) menggunakan 6 cooling pad.
Gambar 3.1 menyajikan skematik air cooler.
Gambar 3.1 Skematik mesin air cooler
Keterangan Gambar 3.1 : a : Penampung air atas b : Kipas angin
c : Cooling pad
d : Bak penampung air bawah
e : Pompa submersible (pompa celup) f : Saluran air (selang)
TdbB : Suhu udara bola kering di titik B.
TwbB : Suhu udara bola basah di titik B.
TdbA : Suhu udara bola kering di titik A.
TwbA : Suhu udara bola basah di titik A.
3.2 Variasi Penelitian
Penelitan dilakukan dengan memvariasikan jumlah sekat (cooling pad) yang mengalir di dalam air cooler:
a. 2 cooling pad b. 4 cooling pad c. 6 cooling pad 3.3 Metode Penelitian
Metode penelitian dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Perpindahan Kalor, Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
3.4 Alur Penelitian
Alur penelitian mesin penyejuk udara (air cooler) yang dilakukan disajikan dalam Gambar 3.2
Gambar 3.2 Alur penelitian mesin penyejuk udara (air cooler) Mulai
Perancangan mesin penyejuk udara dengan daya listrik rendah ( air cooler)
Persiapan alat dan bahan
Pembuatan mesin penyejuk udara dengan daya listrik rendah (air cooler)
Uji Coba Baik?
Pemilihan variasi (dari 1 sampai 3)
Pengambilan data
Melanjutkan variasi ?
Pengolahan, analisis data, pembahasan kesimpulan, dan saran
Selesai
Ya Ya
Tidak baik
Tidak
3.5 Alat ukur dan bahan yang digunakan
Dalam pembuatan mesin penyejuk udara (air cooler) sederhana dengan daya listrik rendah diperlukan beberapa alat dan bahan.
3.5.1 Alat ukur yang digunakan
Dalam penelitian ini, dalam pengambilan data yang diperlukan, alat ukur yang digunakan untuk pengambilan data adalah sebagai berikut :
a. Termokopel dan APPA Termokopel dan APPA digunakan untuk mengukur suhu pada saat dilalukan pengambilan data. Gambar 3.3 menunjukkan APPA dan termokopel yang digunakan dalam penelitian.
Gambar 3.3 Termokopel dan APPA b. Higrometer
Higrometer digunakan untuk mengukur kelembapan udara pada saat pengambilan data berlangsung dan juga untuk mengetahui suhu udara kering serta suhu udara basah. Gambar 3.4 merupakan higrometer yang digunakan dalam penelitian.
Gambar 3.4 Higrometer c. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu saat melakukan pengambilan data penelitian. Gambar 3.5 merupakan stopwatch yang digunakan dalam penelitian.
Gambar 3.5 Stopwach (Sumber:https://sportswatch.com) d. Anemometer
Anemometer berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin yang masuk melalui kipas. Gambar 3.6 merupakan anemometer yang digunakan dalam pengambilan data.
Gambar 3.6 Anemometer (Sumber:https://indiamart.com)
3.5.2 Bahan yang digunakan
Bahan yang digunakan dalam pembuatan air cooler adalah sebagai berikut : (a) besi siku (b) triplek (c) kain terry (d) paku (e) baut dan mur (f) plastik mika (g) selang air (h) roda.
a. Besi siku
Besi siku ini digunakan untuk membuat kerangka cooling pad. Gambar 3.7 menyajikan gambar besi siku.
Gambar 3.7 Besi Siku (Sumber:https://bukalapak.com)
b. Triplek
Triplek ini digunakan untuk membuat kerangka air cooler. Dalam pembuatan air cooler ini digunakan triplek berukuran 8 mm. Gambar 3.8 menyajikan gambar triplek dengan ukuran 8 mm.
Gambar 3.8 Triplek 8 mm (Sumber:https://bukalapak.com) c. Kain terry
Kain terry digunakan sebagai bahan cooling pad. Gambar 3.9 menyajikan gambar kain goni.
Gambar 3.9 Kain Terry (Sumber:https://kainmurah.com) d. Paku
Paku digunakan untuk menyambung papan dengan box alat yang digunakan.
Gambar 3.10 menyajikan gambar paku
Gambar 3.10 Paku
(Sumber:https://sumberlogam.com)
e. Baut dan mur
Baut dan mur berfungsi untuk mengencangkan antara besi siku terhadap plat besi. Gambar 3.11 menyajikan gambar baut dan mur.
Gambar 3.11 Baut dan Mur (Sumber:https://sumberlogam.com)
f. Plastik mika
Plastik mika ini berfungsi untuk melapisi bak penampung bagian bawah, agar air tidak bocor dan melapisi dinding-dinding air cooler bagian dalam, agar tidak terkena air. Gambar 3.12 menyajikan gambar plastik mika.
Gambar 3.12 Plastik Mika (Sumber:https://bukalapak.com)
g. Selang air 5/8 inch
Selang ini berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penampung air bagian bawah menuju bak pencurah air (bak penampung bagian atas). Ukuran selang yang digunakan dalam penelitian ini yaitu 5/8 inch. Gambar 3.13 menyajikan gambar selang berukuran 5/8 inch.
Gambar 3.13 Selang Air 5/8 inch (Sumber:https://tokopedia.com) h. Roda
Roda ini berfungsi untuk memudahkan memindahkan air cooler ke tempat lain. Gambar 3.14 menyajikan gambar roda
Gambar 3.14 Roda
(Sumber:https://troliindonesia.com)
3.5.3 Komponen pendukung
Dalam penelitian ini, komponen pendukung yang digunakan untuk melengkapi kinerja alat ini adalah :
a. Pompa aquarium
Pompa air digunakan untuk mengalirkan air dari bak penampung air yang di bawah ke bak pemancur air yang berada di atas. Gambar 3.15 menunjukkan pompa yang digunakan.
Spesifikasi pompa aquarium yang digunakan :
• Daya pompa : 60 W
• Tegangan listrik : 220 V/50 Hz
• Qmax : 0,349 liter/detik
• Hmax : 3,0 m
• Ukuran : 17 cm x 10,5 cm x 13 cm
Gambar 3.15 Pompa (Sumber:https://moedah.com) b. Kipas angin
Kipas angin digunakan untuk variasi pengamatan dimana untuk mensirkulasikan udara yang masuk ke dalam mesin penyejuk udara (air cooler).
Gambar 3.16 menunjukkan kipas angin yang digunakan dalam penelitian.
Spesifikasi kipas angin yang digunakan :
• Jumlah sudu : 3 sudu
• Daya kipas : 100 W
• Diameter kipas : 50,8 cm
• Diameter sudu : 25 cm
Gambar 3.16 Kipas
c. Bak pencurah air
Bak Pencurah air digunakan untuk menambah kandungan air di dalam udara.
Jumlah bak pencurah air yang digunakan yaitu 2 buah dengan ukuran panjang 34 cm, lebar 31 cm, dan tinggi 32,5 cm. Jarak antar lubang pada bak ini adalah 2 cm dan diameter lubang adalah 2 mm. Jumlah baris lubang adalah 16. Tinggi air pada saat penelitian adalah 2 cm. Bak pencurah air yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.17
Gambar 3.17 Bak pencurah air d. Bak penampung air
Bak penampung air digunakan untuk menampung air yang dicurahkan oleh bak pencurah air dan telah dilapisi oleh plastik untuk mencegah kebocoran agar air tidak merembes ke kayu. Ukuran panjang 110 cm, lebar 48 cm, tinggi 15 cm. Tinggi air pada saat penelitian 13 cm.
Gambar 3.18 Bak penampung air
e. Cooling pad
Cooling pad merupakan bagian yang berfungsi sebagai filter dan media pendingin. Spesifikasi cooling pad yang digunakan :
• Ukuran : 49 cm x 4 cm x 49 cm
• Bahan cooling pad : kain terry
• Jumlah cooling pad yang dipakai : 6 Buah
Gambar 3.19 Cooling pad
3.6 Proses pembuatan mesin penyejuk udara (air cooler)
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin penyejuk udara (air cooler), sebagai berikut :
- Jumlah benang arah vertikal : 22 - Jumlah benang arah
horizontal : 20
a. Merancang skema mesin penyejuk udara dengan daya listrik rendah (air cooler).
b. Membuat rangka mesin dengan menggunakan kayu balok sesuai ukuran yang ditentukan.
c. Melapisi rangka dalam mesin dengan plastik.
d. Membuat lubang berbentuk kotak dibagian atas alat untuk memasukkan bak pencurah air.
e. Pemasangan bak pencurah air di atas mesin.
f. Melubangi bak pencurah air dengan jarak 2 cm dan diameter 2 mm.
g. Membuat bak penampungan air menggunakan papan kayu.
h. Melapisi bak penampungan air dengan plastik.
i. Pemasangan pipa, selang, pompa air, dan kipas tambahan.
3.7 Cara pengambilan data
Pengambilan data pada penelitian mesin penyejuk udara (air cooler) ini didasarkan pada apa yang ditampilkan pada alat ukur yang digunakan pada penelitian ini. Pada penelitian ini, alat ukur yang digunakan adalah termokopel, APPA, higrometer, stopwatch, dan anemometer. Untuk data sekunder mempergunakan psychrometric chart untuk mendapatkan data - data : kelembapan relatif, kelembapan spesifik, suhu titik embun, suhu udara basah, dll. Untuk mendapatkan data sekunder diperlukan data-data primer untuk menggambarkan psychrometric chart. Langkah-langkah yang dilakukan untuk memperoleh data penelitian alat ini adalah :
a. Mengkalibrasi APPA, termokopel, higrometer, dan anemometer.
b. Mengisi bak penampung air
c. Menyiapkan termokopel, APPA, higrometer, dan anemometer yang sudah dikalibrasi.
d. Mengukur kondisi udara sekitar sebelum memulai pengamatan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui suhu udara sebelum masuk ke dalam mesin.
e. Menyalakan mesin dan memeriksa mesin bekerja dengan baik.
f. Mengukur kecepatan aliran udara yang masuk dengan menggunakan alat anemometer.
g. Memeriksa pompa mampu menyalurkan air dari bawah ke atas dengan baik dan tidak tersumbat.
h. Menyalakan kipas dan memeriksa kipas bekerja dengan baik.
i. Mengatur alat sesuai variasi yang akan diamati.
j. Mengatur waktu stopwatch sesuai dengan waktu yang dibutuhkan.
k. Setelah semua alat bekerja dengan baik, dan stabil maka dapat dilakukan pengambilan data.
l. Mencatat data-data penelitian yang ditunjukkan langsung pada penampil suhu digital termokopel dan higrometer.
Data variabel terukur : 1. Waktu
2. TdbA 3. Twb 4. TdbB
5. RH
6. Kecepatan aliran udara 3.8 Cara memperoleh data
Data penelitian diperoleh dari nilai –nilai yang ditampilkan oleh alat ukur suhu udara kering dan suhu udara basah serta waktu yang dicatat di stopwatch.
Tabel 3.1 Data hasil penelitian untuk variasi 2 cooling pad
No t
(menit)
Kondisi Udara Masuk (A)
Kondisi Udara Keluar
(B) VA udara
(m/s) TdbA
(oC)
TwbA
(oC)
RH (%)
TdbB
(oC)
TwbB
(oC)
RH (%) 1
2 3 4 5
Tabel 3.2 Data hasil penelitian untuk variasi 4 cooling pad
No t
(menit)
Kondisi Udara Masuk (A)
Kondisi Udara Keluar
(B) VA udara
(m/s) TdbA
(oC)
TwbA
(oC)
RH (%)
TdbB
(oC)
TwbB
(oC)
RH (%) 1
2 3 4 5
Tabel 3.3 Data hasil penelitian untuk variasi 6 cooling pad
No t
(menit)
Kondisi Udara Masuk (A)
Kondisi Udara Keluar
(B) VA udara
(m/s) TdbA
(oC)
TwbA
(oC)
RH (%)
TdbB
(oC)
TwbB
(oC)
RH (%) 1
2 3 4 5
3.9 Cara melakukan pembahasan
Setelah melakukan pengolahan data, dilakukan proses pembahasan.
Pembahasan dilakukan dengan memperhatikan data-data dan hasil penelitian yang telah dihasilkan oleh peneliti-peneliti sebelumnya dan harus menjawab tujuan.
Dalam membahas juga harus melihat tujuan dari penelitian yang dilakukan.
3.10 Cara pembuatan kesimpulan dan saran
Kesimpulan merupakan intisari dari hasil pembahasan yang sudah dilakukan dan kesimpulan yang ditulis harus menjawab tujuan dari penelitian yang dilakukan. Saran dibuat dengan tujuan agar hasil dari penelitian yang akan dilakukan pada masa mendatang menjadi lebih baik lagi dari penelitian yang sudah dilakukan.
44 BAB IV
HASIL PENELITIAN, PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
Hasil penelitian data pada saat pengujian mesin penyejuk udara dengan daya listrik rendah (air cooler) yang meliputi : selang waktu, temperatur bola kering udara masuk (TdbA), temperatur bola basah udara masuk (TwbA), kelembapan relatif udara masuk (RH), temperatur bola kering udara keluar (TdbB), temperatur bola basah udara keluar (TdbB) dan kelembapan relatif udara keluar (RH).
Tabel 4.1 Hasil penelitian dengan 2 cooling pad
No t
(menit)
Kondisi Udara Masuk (A)
Kondisi Udara Keluar
(B) V udara
(m/s) TdbA
(oC)
TwbA
(oC)
RHA
(%)
TdbB
(oC)
TwbB
(oC)
RHB
(%)
1 10 30,9 24 55 26,7 24 79 2,7
2 20 30,9 24 55 26,7 24 79 2,7
3 30 30,9 24 55 26,4 24 80 2,7
4 40 30,9 24 55 26,3 24 80 2,7
5 50 30,9 24 55 26,3 24 80 2,7
Tabel 4.2 Hasil penelitian dengan 4 cooling pad
No t
(menit)
Kondisi Udara Masuk (A)
Kondisi Udara Keluar
(B) V udara
(m/s) TdbA
(oC)
TwbA
(oC)
RHA
(%)
TdbB
(oC)
TwbB
(oC)
RHB
(%)
1 10 30,9 24 55 26,1 24 87 2,7
2 20 30,9 24 55 26,2 24 87 2,7
3 30 30,9 24 55 26,0 24 88 2,7
4 40 30,9 24 55 25,9 24 88 2,7
5 50 30,9 24 55 25,9 24 88 2,7
