i
KARAKTERISTIK MESIN PENANGKAP AIR DARI UDARA DENGAN KECEPATAN PUTARAN KIPAS
0 RPM, 500 RPM DAN 550 RPM
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
YAKUB EMANUEL NIM : 135214099
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
ii
ATMOSPHERIC WATER MAKER
CHARACTERISTIC WITH FAN ROTATION SPEED 0 RPM, 500 RPM AND 550 RPM
FINAL PROJECT
As partial fullfilment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By :
YAKUB EMANUEL Student Number : 135214099
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2018
iii
iv
v
vi
vii
ABSTRAK
Mesin penangkap air dari udara ini mempunyai fungsi, sebagai salah satu solusi alternatif dalam mengatasi krisis air bersih yang sering terjadi pada saat musim kemarau di berbagai wilayah di indonesia. Tujuan dari penelitian ini adalah: (a) membuat mesin penangkap air dari udara yang praktis, aman, dan ramah lingkungan, (b) mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan dalam mesin penangkap air adalah, (1) nilai Win, (2) nilai Qin, (3) nilai Qout, , (4) nilai COPaktual, COPideal, dan efisiensi, (5) nilai ṁref, (c) mengetahui jumlah air yang dihasilkan oleh mesin penghasil air per jamnya.
Penelitian dilakukan secara eksperimen di Laboraturium Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, dirakit mesin penangkap air dari udara ini bekerja berdasarkan siklus kompresi uap. Dengan menggunakan mesin AC berdaya 1,5 PK dengan tambahan dua kipas. Sedangkan kondensor dan evaporator yang digunakan merupakan kondensor dan evaporator standar. Untuk mesin penangkap air ini menggunakan refrigeran tipe R22, dengan variasi kecepatan kipas yang berada di depan evaporator dengan kecepatan 500 rpm dan 550 rpm.
Dari hasil penelitian diperoleh: (a) mesin penangkap air dapat bekerja dengan baik. Mesin dapat bekerja dengan daya sebesar 1,5 PK dan mampu menghasilkan air 4.768 ml/jam, (b) mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan di dalam mesin penangkap air meliputi: (1) nilai Win tertinggi yang dapat dicapai oleh mesin siklus kompresi uap dari mesin penangkap air sebesar 41 kJ/kg yang di dapat dari variasi putaran kipas 0 rpm, (2) Nilai Qin yang dapat dicapai oleh mesin siklus kompresi uap dari mesin penangkap air sebesar 173 kJ/kg yang didapatkan dari putaran mesin 550 rpm, (3) Nilai Qout tertinggi yang dapat dicapai oleh mesin siklus kompresi uap dari mesin penangkap air sebesar 211 kJ/kg yang didapat dari variasi putaran kipas 550 rpm, (4) Nilai COPaktual tertinggi yang dapat dicapai oleh mesin siklus kompresi uap dari mesin penangkap air sebesar 4,5 kJ/kg yang didapatkan dari putaran mesin 550 rpm. Nilai COPideal tertinggi yang dapat dicapai oleh mesin siklus kompresi uap dari mesin penangkap air sebesar 5,37 kJ/kg yang didapatkan dari putaran mesin 550 rpm. Nilai efisiensi tertinggi yang dapat dicapai oleh mesin siklus kompresi uap dari mesin penangkap air sebesar 83,7% yang didapatkan dari putaran mesin 550 rpm, (5) Nilai ṁref tertinggi yang dapat dicapai oleh mesin kompresi uap dari mesin penangkap air sebesar 0,045 kg/s yang didapatkan dari putaran 550 rpm, (c) hasil air tertingi yang dihasilkan oleh mesin penangkap air dari udara paling banyak adalah pada variasi kecepatan putaran kipas 550 rpm, yaitu 4.786 ml/jam. Hal ini membuktikan bahwa kecepatan putaran kipas pemadat udara yang tinggi akan mempengaruhi banyaknya jumlah air yang dihasilkan oleh mesin penangkap air dari udara dimana nilai Qin, Qout, COPaktual, COPideal, Efisiensi, dan ṁref juga besar. Sedangkan tingginya kecepatan putaran kipas pemadat udara akan menurun nilai Win.
Kata Kunci : Air Conditioner, siklus kompresi uap, COP, efisiensi, mesin penangkap air dari udara.
viii
ABSTRACT
This atmospheric water maker have happening maker have function as as one alternative solution to overcome the potable water crysis that (a) is such as function in the several region of Indonesia when season change.This research following purpose, make the atmospheric water maker practically to use, safe to use, and e (b) discover the characteristic of compression cycle which is applied in the atmospheric water maker : (1) valueof Win, (2) value of Qin, (3) value of Qout, (4) value of COPaktual, COPideal, and Efisiensi, (c) determine the amount of water produced by the device of water per hour cath.
Take place at Laboratory of Mechanical e Faculty of Science and Technology, University of Sanata Dharma Yogyakarta. This atmospheric water maker works based on vapor compression cycle. Using the unit of Air Conditioner 1,5 PK with two fans addition. Condenser and evaporator using the standar unitc this atmospheric water maker using R22 refrigerant type, variation with the fan which is in frount of the evaporator speed of 500 rpm and 550 rpm.
The result of the research are : (a) the atmosphric water generator was successfully made and worked well. The machine work with 1,5 PK powered compressor and could produce 4.768 ml/hour of water, (b) discovering the characteristic of vapor compression cycle : (1) the highest of Win that can be reached by vapor compression machine is 41 kJ/kg while the fan on with 0 rpm speed, (2) the highest of Qin that can be reached by vapor compression machine is 173 kJ/kg while the fan on with 550 rpm speed, (3) the highest of Qout that can be reached by vapor compression machine is 211 kJ/kg while the fan on with 550 rpm speed, (4) the highest of COPaktual that can be reached by vapor compression machine is 4,5 kJ/kg while fan on with 500 rpm speed. The highest of COPideal
that can be reached by vapor compresion machine is 5,37 kJ/kg while fan on with 550 rpm speed. The highest of efficiency that can be reached by vapor compression machine is 83,7% while fan on with 550 rpm speed, (5) the highest of ṁref that can be reached by vapor compression machine is 0,045 kg/s while fan on with 550 rpm speed, (c) the highest water speed 550 rpm fan speed is 4.786 ml/hour. This proves that the high rotation speed of the air compact fan will affect the amount of water produced by the aerial cathing machine from the Qin, Qout, COPaktual, COPideal, Efficiency, and ṁref value is also large. While the high speed rotation of the air compact fan will decrease the Win value.
Keyword: Air Conditioner, vapor compression cycle cooling device, COP, efficiency, the atmospheric water maker etliciency.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib bagi setiap mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta untuk mendapatkan gelar S1 Teknik Mesin.
Berkat bimbingan, nasihat, dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan juga maksimal. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya 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, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.
3. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Alm. Yustinus Sulendra dan Chatarina Djilah sebagai orang tua penulis yang senantiasa memberi semangat serta dukungan baik berupa materi maupun spiritual.
5. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, atas semua ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama perkuliahan.
x
6. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Lab Energi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
7. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, yang telah membantu penulis selama perkuliahan hingga selesainya penulisan skripsi ini.
8. Semua teman-teman Teknik Mesin dan pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan moril maupun materi sehingga proses penyelesaian skripsi ini berjalan dengan lancar.
Akhir kata, penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini tidaklah sempurna. Tidak ada gading yang tak retak sehingga kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca sangat diharapkan demi penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya, besar harapan penulis agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Yogyakarta, 17 Mei 2018
Yakub Emanuel NIM. 135214099
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITTLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN DEWAN PENGUJI ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 3
1.4. Batas-batas dalam Pembuatan Mesin ... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 4
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Dasar Teori ... 6
2.1.1. Metode-metode Penangkapan Air Dari Udara ... 6
2.1.2. Psychrometric Chart ... 14
xii
2.1.2.1. Parameter-parameter Pada Psychrometric Chart ... 16
2.1.2.2. Proses-proses Pada Psychrometric Chart ... 18
2.1.2.3. Proses-proses yang Terjadi pada Mesin Penangkap Air dari Udara ... 24
2.1.2.4. Proses-proses yang Terjadi pada Mesin Penangkap Air dari Udara Pada Psychrometric Chart ... 25
2.1.2.5. Perhitungan-perhitungan pada Psychrometric Chart ... 26
2.1.3. Siklus Kompresi Uap Pada Mesin AC ... 27
2.1.3.1 Rangakain Siklus Kompresi Uap ... 28
2.1.3.1.2. Siklus Kompresi Uap Pada Diagram P-h dan Diagram T-s ... 29
2.1.3.2. Komponen-komponen Pada Siklus Kompresi Uap ... 33
2.1.3.2.1. Komponen Utama ... 33
2.1.3.2.1.1 Kompresor ... 33
2.1.3.2.1.2 Kondensor ... 33
2.1.3.2.1.3. Evaporator ... 34
2.1.3.2.1.4. Pipa Kapiler ... 34
2.1.3.2.1.5. Refrigeran ... 35
2.1.3.2.2. Komponen Pendukung ... 35
2.1.3.2.2.1. Filter ... 35
2.1.3.2.2.2 Accumulator ... 36
2.1.3.2.2.3 Blower ... 37
2.1.3.2.2.4 Thermistor ... 38
2.2.Tinjauan Pustaka ... 38
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 41
3.1. Objek Penelitian ... 41
3.2. Variasi Penelitian ... 42
3.3. Alat dan Bahan Pembuatan Mesin Penangkap Air dari Udara ... 42
3.3.1. Alat ... 42
xiii
3.2.2. Bahan ... 45
3.2.3. Alat Bantu Penelitian ... 51
3.4. Tata Cara Penelitian ... 53
3.4.1. Alur Pelaksanaan Penelitian ... 53
3.4.2. Pembuatan Mesin Penangkap Air dari Udara ... 55
3.4.4. Skematik Pengambilan Data ... 56
3.4.5. Cara Pengambilan Data ... 59
3.5. Cara Menganalisis dan Menampilkan Hasil Data ... 61
3.6. Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 62
BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN ... 63
4.1. Hasil Penelitian ... 63
4.2. Perhitungan Siklus Kompresi Uap ... 66
4.2.1. Analisis Psychrometric Chart ... 66
4.2.2. Perhitungan Pada Psychrometric Chart ... 68
4.2.3. Diagram P-h ... 69
4.2.4. Perhitungan Pada Diagram P-h ... 72
4.3. Pembahasan ... 76
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 87
5.1. Kesimpulan ... 87
5.2. Saran ... 88
xiv
DAFTAR PUSTAKA ... 89 LAMPIRAN ... 90
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Mesin Penangkap Air AW75 ... 7
Gambar 2.2 Mesin Refrigeran berdasarkan pada Kondensasi ... 10
Gambar 2.3 Dragonfly hyfluk M18 ... 11
Gambar 2.4 Fontus self-filling water ... 13
Gambar 2.5 Psychrometric Chart ... 15
Gambar 2.6 Parameter-parameter Pada Psychrometric Chart ... 19
Gambar 2.7 Proses-proses Pada Psychrometric Chart ... 19
Gambar 2.8 Proses Cooling And Dehumidifying ... 20
Gambar 2.9 Proses Pemanasan Heating ... 21
Gambar 2.10 Proses Evaporative Cooling ... 22
Gambar 2.11 Proses Cooling ... 22
Gambar 2.12 Proses Humidifying ... 23
Gambar 2.13 Proses Dehumidifying ... 24
Gambar 2.14 Proses Heating And Dehumidifying ... 24
Gambar 2.15 Proses Heating And Humidifying ... 25
Gambar 2.16 Proses-Proses Yang Terjadi Dalam Mesin Penangakap Air ... 26
Gambar 2.17 Proses Udara yang Terjadi di dalam Mesin penangkap Air dari Udara pada Psychrometric Chart ... 27
Gambar 2.18 Rangkaian Komponen Siklus Kompresi Uap ... 31
Gambar 2.19 Siklus Kompresi Uap Pada Diagram P-h ... 32
xvi
Gambar 2.20 Siklus Kompresi Uap Pada Diagram T-s ... 32
Gambar 2.21 Kompresor ... 36
Gambar 2.22 Kondensor ... 36
Gambar 2.23 Evaporator ... 37
Gambar 2.24 Pipa kapiler ... 37
Gambar 2.25 Refrigeran ... 38
Gambar 2.26 Filter ... 39
Gambar 2.27 Accumulator ... 39
Gambar 2. 28 Blower ... 40
Gambar 2. 29 Thermistor ... 41
Gambar 3.1 Objek Penelitian ... 42
Gambar 3.2 Papan Kayu ... 46
Gambar 3.3 Triplek ... 46
Gambar 3.4 Plat Besi Siku (90º) ... 46
Gambar 3.5 Kompresor Jenis Rotary ... 48
Gambar 3.6 Kondensor ... 49
Gambar 3.7 Pipa Kapiler ... 49
Gambar 3.8 Filter ... 50
Gambar 3.9 Evaporator ... 51
Gambar 3.10 Refrigeran R22 ... 51
Gambar 3.11 Kipas ... 52
xvii
Gambar 3.12 Penampilan Suhu Digital dan Termokopel ... 53
Gambar 3.13 Hiygrometer ... 54
Gambar 3.14 Stopwatch ... 54
Gambar 3.15 Gelas ukur ... 54
Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian ... 56
Gambar 3.17 Proses Pengisisn Refrigeran ... 57
Gambar 3.18 Skematik Pengambilan Data ... 58
Gambar 4.1 Psychrometric chart dengan variasi kecepatan putaran kipas 550 rpm selama 2 jam ... 67
Gambar 4. 2 Diagram P-h dengan variasi kecepatan putaran kipas 550 rpm ... 71
Gambar 4.3 Perbandingan nilai Win dalam 3 variasi. ... 77
Gambar 4.4 Perbandingan nilai Qout dalam 3 variasi. ... 78
Gambar 4.5 Perbandingan nilai Qin dalam 3 variasi. ... 78
Gambar 4.6 Perbandingan nilai COPaktual dalam 3 variasi ... 79
Gambar 4.7 Perbandingan nilai COPideal dalam 3 variasi. ... 79
Gambar 4.8 Perbandingan efisiensi dalam 3 variasi ... 80
Gambar 4.9 Perbandingan ṁref dalam 3 variasi ... 80
Gambar 4.10 Perbandingan Δw (kgair/kgudara) dalam 3 variasi ... 83
Gambar 4.11 Perbandingan hasil air dari 3 variasi selama satu jam. ... 84
Gambar 4.12 Perbandingan air yang dihasilkan dari 3 variasi penelitian ... 85
xviii
Lampiran ... 90
Gambar A.1 Mesin penangkap air dari udara tampak depan ... 91
Gambar A.2 Mesin penangkap air dari udara tampak belakang ... 92
Gambar A.3 Mesin penangkap air dari udara tampak samping ... 93
Gambar B.1 Psychometric Chart pada variasi tanpa kipas ... 94
Gambar B.2 Psychometric Chart pada variasi ... 95
kecepatan putaran kipas 500 rpm Gambar C.1 Diagram P-h pada variasi tanpa kipas ... 97
Gambar C.2 Diagram P-h pada variasi kecepatan putaran kipas 500 rpm ... 98
xix
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel yang digunakan untuk mengambil data ... 61 Tabel 4.1 Data hasil rata-rata pengujian tanpa kipas ... 64 Tabel 4.2 Data hasil rata-rata pengujian dengan kecepatan putaran
kipas 500 rpm ... 65 Tabel 4.3 Data hasil rata-rata pengujian dengan kecepatan putaran
kipas 550 rpm ... 66 Tabel 4.4 Data Psychrometric Chart dari 3 variasi ... 68 Tabel 4.5 Data perbandingan hasil perhitungan pada Psychrometric chart ketiga
variasi yang dilakukan dalam penelitian ... 70 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan nilai-nilai entalpi refrigeran dari 3 variasi ... 72 Tabel 4.7 Data perbandingan hasil perhitungan pada diagram P-h dari 3 variasi .... 73
xx
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara berkembang, yang sedang gencar melakukan pembangunan. Pembangunan dilakukan dalam segala bidang, yang berbentuk fisik seperti infrastruktur dan manufaktur, karena hal ini memegang peranan yang sangat penting sebagai salah satu roda penggerak bagi kemajuan bangsa. Hal ini meliputi wujud fisik maupun non-fisik, misalnya saja pendidikan, kemajuan teknologi, perkembangan sosial budaya, dll. Semua hal ini dilakukan untuk membentuk negara yang berkarakter dan maju, meningkatkan kesejahteraan dan kemakmuran masyarakat, dan meningkatkan kualitas kehidupan manusia Indonesia yang diperlengkapi dengan sumber daya manusia yang berkualiatas, fasilitas pendukung, dan kemauan yang kuat untuk maju.
Semua hal itu adalah yang diperlukan untuk menjalankan pembangunan di Indonesia sehingga negara indonesia dapat bersaing dengan negara lain.
Sumber air bersih yang layak minum umumnya didapat dari dalam tanah melalui proses penggalian yang dimaksudkan untuk mencapai sungai bawah tanah, atau dengan mengandalkan sumber mata air yang muncul secara alami guna memperoleh air yang layak digunakan untuk kebutuhan minum, masak, mandi, mencuci, dll. Karena air merupakan hal yang vital bagi kehidupan manusia. Seseorang tidak akan dapat bertahan hidup tanpa air, maka dari itulah air merupakan salah satu penopang bagi keberlangsungan hidup manusia. Akan tetapi, dibeberapa daerah di Indonesia, sulitnya mendapat air bersih yang layak
2
untuk dikonsumsi menjadi kendala bagi masyarakat disekitar. Selain biaya yang mahal dalam pembuatan sumur bor, sumber air dari dalam tanah semakin berkurang, banyak perusakan hutan serta alih fungsi lahan yang besar - besaran karena banyaknya pembangunan yang memerlukan pembukaan lahan baru sehingga air sulit untuk dapat meresap kedalam tanah, penggunaan di berbagai daerah yang tentunya semakin bertambah populasi penduduk, maka akan bertambah pula kebutuhan akan air bersih digunakan.
Dengan adanya mesin penangkap air dari udara ini dimaksudkan agar proses mendapatkan air bersih semakin mudah untuk dijangkau, karena mesin penangkap air dari udara ini mengubah udara melalui proses dekompresiasi yang memanfaatkan udara yang lembab untuk selanjutnya diproses menjadi uap air yang selanjutnya dapat menetes dengan melalui proses kondensasi. Kekurangan dari mesin penangkap air dari udara ini adalah dibutuhkannya sumber listrik untuk membuat mesin bekerja sesuai prosedur dan akan sangat sulit jika nantinya alat tersebut dioperasikan di tempat terpencil dimana belum didukung oleh jaringan listrik yang memadai. Serta alat tersebut diletakkan di daerah yang kering dan berdebu, karena komponen dari alat tersebut akan mudah kotor, dan air yang dihasilkapun juga tidak akan jernih dan perlu di berikan lapisan filter penyaring.
Namun, kelebihan dari mesin ini adalah sebagai sarana atau media pengganti dalam mendapatkan air bersih, selain dari poses perolehan air bersih dari dalam tanah, mengingat sumber air dari dalam tanah semakin sulit didapatkan karena, meningkatnya jumlah kebutuhan konsumsi air bersih dengan jumlah konsumen yang semakin meningkat.
3
Mengingat belum sempurnanya hasil yang diperoleh dan masih diperlukannya pembenahan untuk memperoleh dari upaya efisiensi. Maka penulis termotivasi untuk menyempurnakan kinerja dari mesin penangkap air dari udara ini. Agar tercapainya mesin penangkap air dari udara lebih kompatible, efisien, ekonomis, higenis, dan praktis. Termotivasi dari permasalah tersebut, maka penulis melakukan riset/penelitian yang mengacu pada masalah tersebut.
1.2 Rumusan Masalah
Pada musim kemarau, dibeberapa daerah tertentu untuk mendapatkan air bersih yang layak untuk dikonsumsi sulit untuk diperoleh. Sumber-sumber mata air banyak yang telah hilang karena kekeringan ataupun karena adanya pembangunan. Kerusakan lingkungan yang semakin meluas dapat menyebabkan rusaknya sumber air. Diperlukan solusi yang tepat agar masyarakat tetap dapat memperoleh air bersih untuk memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian tentang mesin penangkap air dari udara adalah : a. Merancang dan membuat mesin penangkap air dari udara yang praktis, aman,
dan ramah lingkungan.
b. Mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan dalam mesin penangkap air tersebut, meliputi:
1. Besarnya energi yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin).
2. Besarnya energi yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Out).
4
3. Besarnya energi yang dipergunakan untuk menggerakkan kompresor (Win).
4. Nilai COPaktualis, COPideal, dan Efisiensi.
5. Efisiensi mesin kompresi uap, dan laju dari massa refrigeran.
c. Mengetahui jumlah air yang dihasilkan oleh mesin penangkap air per jamnya.
1.4 Batasan-batasan dalam Pembuatan Mesin
Batasan-batasan yang diambil dalam pembuatan mesin penangkap air dari udara adalah:
a. Mesin penangkap air dari udara ini bekerja dengan menggunakan mesin siklus kompresi uap dengan komponen utama: kompresor, evaporator, kondensor, pipa kapiler, refrigeran jenis R22, dan kipas evaporator serta kipas kondensor.
b. Mesin penangkap air dari udara ini menggunakan tegangan listrik satu fasa dengan tegangan 220 Volt.
c. Mesin penangkap air dari udara menggunakan daya kompresor sebesar 1,5 PK.
d. Komponen utama siklus kompresi uap menggunakan komponen standar yang ada di pasaran.
e. Komponen utama yang lain dan mesin siklus kompresi uap ukurannya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
f. Menggunakan kipas sebanyak 2 buah untuk memadatkan udara dengan daya sebesar @80 WATT.
5 1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian alat ini adalah:
a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penangkap air dari udara, yang dapat diletakkan di perpustakaan ataupun dipublikasikan dalam jurnal ilmiah.
b. Dapat digunakan sebagai acuan atau referensi bagi peneliti lain yang ingin melakukan penelitian sejenis.
c. Diperolehnya teknologi tepat guna berupa mesin penangkap air dari udara.
6
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1. Metode-metode Penangkap Air Dari Udara
Cara mendapatkan air dari udara dapat menggunakan berbagai cara, dan menggunakan berbagai cara yang berbeda-beda di beberapa negara, diantaranya adalah: (a) Kincir angin penghasil air dari udara, (b) Refrigeran berdasarkan pada Kondensasi, (c) Dragonfly M18, (d) Fontus self-filling water.
a. AW75
Sebuah perusahaan Belanda yang bernama Dutch Rainmakers telah membuat sebuah kincir angin untuk menghasilkan air yang diberi nama AW75.
Pada desainnya, udara dipaksa melewati sebuah pompa panas dimana uap air mengalami proses kondensasi. Pompa panas ini memiliki sebuah kompresor refrigerator. Kincir angin ini bisa menghasilkan 5000 sampai 7000 liter air perhari, yang sangat bermanfaat pada tempat yang memiliki sumber air tanah payau. Konsep membuat air dari udara ini berawal dari asumsi bahwa udara selalu mengandung sejumlah air. Sebagai contoh, udara pada suhu 20 derajat Celcius dan 50 % RH (Relative Humidity / kelembaban relatif) mengandung sekitar 7 gram air per satu kilogram udara. Untuk dalam udara yang bersuhu 30 derajat Celcius dan 50 % RH mengandung sekitar 14 gram air per kilogram udara.
Keadaan tersebut memungkinkan diperolehnya air dari udara yang berada di manapun di dunia ini.
7
Berbicara tentang air, ada beberapa fakta yang menarik untuk diperhatikan:
1. Jumlah total air minum kurang dari 1 % dari sumber air di dunia.
2. Setengah penduduk negara-negara berkembang hidup dalam kelangkaan air.
3. Lebih dari satu miliar orang tidak memiliki air minum yang cukup.
Ternyata tidak semua kebutuhan air setiap manusia terpenuhi. Tidak selalu wilayah mempunyai sumber air langsung yang memadai. Terlebih lagi di daerah yang gersang dengan infrastruktur dan listrik yang terbatas. Sistem yang sederhana dan mampu diandalkan untuk memenuhi kebutuhan air sangat diperlukan. Itulah mengapa Dutch Rainmaker berusaha untuk memberikan kontribusinya pada permasalahan kelangkaan air dunia.
Gambar 2.1 Mesin penangkap air AW75
Sistem kerja AW75 produk Dutch Rainmaker memadukan dua teknik.
Pertama, teknik kincir angin untuk menjalankan mesin tanpa sumber listrik.
Kedua, mesin tanpa sumber listrik untuk menjalankan mesin pompa penukar panas. Mula-mula udara masuk ke dalam mesin atau sistem. Kincir yang
8
digerakkan oleh angin akan mendorong udara untuk melakukan pertukaran panas.
Dengan pertukaran ini, suhu udara yang telah masuk dalam sistem kemudian mengalami pendinginan. Proses ini menimbulkan terjadinya kondensasi atau proses pengembunan. Pada saat suhu turun di bawah titik embun, tetesan air akan terbentuk dan terkumpul dalam ruang penyimpanan air terpisah.
Proses udara yang masuk dan kondensasi yang terus menerus akan menghasilkan air dengan jumlah yang cukup besar. Kincir Angin Dutch Rainmaker ini bahkan mampu menghasilkan air sebanyak 7.500 liter per hari.
Dengan demikian, air yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan konsumsi maupun irigasi.
Dengan AW75, air bisa didapatkan tanpa mempertimbangkan kesediaan atau sumber air bawah tanah. Yang diperlukan adalah angin yang cukup untuk menggerakkan kincir, serta kelembaban udara untuk menghasilkan air. Dengan bantuan angin, alat ini mampu beroperasi sendiri tanpa membutuhkan sumber daya listrik atau ‘stand-alone’. Dengan demikian kincir tersebut dapat beroperasi di wilayah lembab atau bahkan gersang tanpa sumber air. Tidak adanya emisi yang dikeluarkan menjadikan Dutch Rainmaker sebagai teknologi penghasil air yang ramah lingkungan.
Dutch Rainmaker telah membuktikan kontribusinya dalam memecahkan permasalahan kekurangan air bersih dunia. Salah satu contoh adalah pembangunan turbin AW75 pada proyek Green Wall di Umm Al Himam, Kuwait di tahun 2013. Dalam proyek pengembangan lingkungan tersebut, Dutch
9
Rainmaker telah berhasil membuktikan bahwa konsep „menghasilkan air dari udara‟ dapat diterapkan pada wilayah yang ekstrem.
Teknologi ini mampu meningkatkan nilai tambah kondisi geografis Kuwait secara signifikan. Dengan demikian, Belanda telah membuktikan bahwa teknologi mereka telah mampu diterapkan untuk menangani permasalahan dunia nyata. Berdasarkan pengalaman aplikasi di Kuwait, AW75 tentu dapat di terapkan di tempat serupa yang lembab dengan iklim yang menantang. Di antaranya seperti Timur-Tengah, Afrika, Amerika Selatan, Asia Tenggara, Australia dan sebagainya.
b. Refrigeran berdasarkan pada Kondensasi
Perangkat pendingin dalam kondensasi modern, kebanyakan menggunakan kumparan refrigerator untuk proses pendinginan. Beberapa produsen perangkat pendingin di seluruh dunia bahkan masih menganut sistem seperti ini dalam menciptakan berbagai produk pendinginan. Udara masuk yang kemudian disaring oleh sebuah filter udara untuk menghilangkan debu yang tentunya menggunakan filter pabrikan. Udara ini dibiarkan melewati coil pendingin yang berisikan gas refrigeran yang dingin . Air yang dihasilkan sebagai hasil kondensat dikumpulkan dalam bejana atau tanki Stainless steel dan dibersihkan melalui proses Ultraviolet untuk membunuh kuman serta bakteri sekitar 30 menit kemudian disaring melalui penyaring karbon aktif. Biaya yang dikeluarkan untuk alat seperti ini yang menghasilkan 20 sampai 25 perhari sekitar
$ 1500 atau dlm IDR 19.500.000, dan peralatan ini membutuhkan daya listrik
10
sekitar 500 watt .Mesin kondensasi ini berbentuk seperti mesin pendingin air konvensional lainya yang biasanya terpasang pada kantor-kantor atau tempat umum lainnya , dan dimaksudkan untuk digunakan pada tempat tersebut. Salah satu dari perusahaan terbesar pada bidang ini adalah Air Water Corporation yang berada disekitar Miami, Florida yang telah membuat berbagai mesin seperti ini dari kapasitas 25 liter perhari untuk keperluan sebuah kantor hingga yang bekapasitas lebih besar sekitar 2500 liter perhari yang sebesar kontainer berukuran 24 kaki lengkap dengan mesin generator listriknya sekalian yang bertenaga diesel yang dapat dipasang dimanapun seperti disekitar bangunan konstruksi atau untuk mencukupi kebutuhan air seluruh kawasan pedesaan dan telah terpasang di desa Jalmudi , India. dan mereka mengatakan produk ini telah mereka jual lebih dari 21 negara.
Gambar 2.2 Mesin Refrigeran berdasarkan pada Kondensasi
c. Dragofly hyflux M18
Perusahaan Singapura Hyflux berhasil menemukan mesin teknik aplikasi yang mengubah udara menjadi air. Mesin yang dinamakan Dragonfly ini memiliki kapasitas hingga lebih dari 19 liter dan mampu mengubah udara sebanyak satu
11
liter air dalam satu jam. Produk baru Hyflux tersebut diluncurkan di Singapura, baru-baru ini. Diperkirakan mesin pintar tadi akan menjadi benda yang selalu ada di setiap rumah di Negeri Singa. Secara kasat mata, mesin ini mirip dengan dispenser air minum kemasan. Bedanya, tidak terdapat galon air minum di atasnya.
Gambar 2.3 Dragofly hyflux M18
Cara kerja Dragonfly sebenarnya cukup sederhana. Mesin menghimpun partikel-partikel air dari atmosfer, kemudian dengan teknologi pemurnian dan penyaringan, terciptalah air yang bersih dan alami. Untuk dapat langsung diminum, dalam proses akhir, air akan melalui proses disinfektasi dengan menggunakan cahaya ultra violet.
Dragonflly ini hanya memakan listrik sebanyak 1.000 Watt per jam, terutama saat sistem pemanas dan pendingin air bekerja. Jika sistem pemanas dan pendinginnya tidak diaktifkan, listrik yang dibutuhkan hanya sekitar 600-an Watt.
Kendati baru diluncurkan, Sebanyak 20 ribu unit Dragonfly telah dipesan
12
sejumlah negara, seperti Cina, Taiwan, Malaysia. Dragonfly dijual seharga S$
1.800 atau sekitar Rp 9 juta.
Detail Dragonfly M18 Dragonfly M18 berfungsi sebagai water purifier yaitu menghasilkan air bersih, air purifier atau pemurni, yaitu menghasilkan udara yang bersih, dan dehumidifier yaitu mengatur kelembaban udara di sekitarnya.
Cara kerja dari M18 adalah dengan menyaring udara melalui electrostatic.
Udara yang disaring akan dijadikan air dengan proses kondensasi (pengembunan) yang kemudian ditampung ke dalam tangki penampungan. Air yang tertampung kemudian disalurkan ke Hyflux Proprietary Filtration Cartridges untuk menghilangkan kotoran, bau, bakteri, virus, parasit dan zat-zat kimia yang masih terkandung di dalamnya.
Lampu ultraviolet yang dipasang di dalam mesin berguna untuk proses disinfection yang dapat mematikan bakteri hingga 99.9%. Mesin ini juga memiliki sistem sirkulasi ulang untuk menjamin kesegaran dan kemurnian air.
Kelebihan Dragonfly M18: Air purifier, Water purifier & Dehumidifie yaitu diantaranya kualitas air yang bersih dan sehat untuk tubuh, nyaman, mudah dipindahkan dan tidak membutuhkan air galon atau pipa air, memiliki sistem sirkulasi ulang untuk menjamin kesegaran dan kemurnian air yang dihasilkan, serta memiliki teknologi penyaringan dan penyulingan yang canggih disertai dengan ultraviolet akan menjamin kebersihan air yang dihasilkan.
d. Fontus self-filling water
Penemu dari botol yang dapat mengisi air sendri ini adalah orang berkebangsaan Austria bernama Kristof Retezár. Kebanyakan proses mendapatkan
13
air bersih siap minum sangatlah rumit dan susah untuk didapatkan melalui alat yang portable. Oleh karena itu, Retezár berusaha untuk membantu masalah kekurangan air bagi 1.2 milyar orang di seluruh belahan dunia dengan alatnya yang simple dan mudah digunakan. Akses air bersih di berbagai belahan dunia terutama di negara berkambang, terkadang sangat terbatas. Tetapi. semua daerah tersebut pastilah memiliki udara yang mengandung uap air di dalamnya. Jadi, selama udara tersebut tidak dicemari maka air yang ada di udara tersebut masih bisa diminum.
Gambar 2.4 Fontus self-filling water
Ide praktis ini berhasil diaplikasikan pada botol Fontus temuanya. Botol ini mampu mengisi 0.47 liter air dalam jangka waktu 1 jam dengan humiditas atau kelembaban 80-90%. Proses pengambilan air tersebut bernama proses kondensasi.
Proses terjadinya embun tersebut memiliki prinsip yang sama dengan alat ini.
Hanya saja alat ini mempercepat proses kondensasi tersebut dengan beberapa alat.
Uap air yang di udara akan masuk ke botol melalui bagian hydrphobic yang berbentuk seperti bulu sikat gigi yang kemudian didinginkan. Selanjutnya, uap air tersebut berubah menjadi tetes-tets air. Proses ini optimal pada suhu 54-72
14
derajat Celcius. Alat ini memakai solar cell sebagai sumber tenaganya. Plat solar cell tipis telah disertakan dalam botol ini. Dengan begitu daerah susah air tetapi tidak memiliki akses terhadap listrikpun bisa menikmati teknologi ini.
Prototype alat ini belumlah sempurna. Alat ini hanya memiliki filter kasar untuk menyaring debu dan serangga. Sedangkan filter halus untuk menyaring polutan yang ada di udara belum ada. Rencananya Retezár akan membuat filter karbon pada botol ini untuk menyaring polutan-polutan kecil. Dengan begitu botol ini akan tetap mendapat air bersih dari daerah yang udaranya tercemar.
2.1.2. Psychrometric Chart
Psychrometric chart merupakan tampilan secara grafikal thermodinamik udara yang meliputi hubungan antara suhu, kelembaban, enthalpi, kandungan uap air dan volume spesifik. Jumlah kandungan uap air dari udara dalam kondisi panas kandungan uap iar dari udara cukup berbeda secara signifikan dalam kondisi yang berbeda. Saat udara dalam kondisi panas kandungan uap air yang dikandung oleh udara akan kehilangan kapasitasnya dalam menahan kelembaban.
Pada saat udara panas ini mulai turun, kandungan uap air dalam udara akan mulai dingin, dan saat pendinginan berlanjut maka kandungan uap air dalam udara akan mengalami proses kondensasi atau pengembunan sehingga berubah menjadi tetesan air embun. Dalam Psychometric chart ini dapat langsung diketahui nilai properti berbagai parameter udara secara cepat dan presisi. Dengan adanya chart ini maka perencanaan tata udara menjadi lebih sederhana, karena tidak perlu menggunakan hitungan matematis yang rumit. Psychometric chart
15
merupakan tampilan secara grafikal sifat thermodinamik udara antara lain suhu, kelembaban, enthalpi, kandungan uap air dan volume spesific.
Untuk mengetahui nilai dari properti-properti bisa dilakukan apabila minimal dua buah parameter tersebut sudah diketahui. Contoh gambar dari Psychometric chart. Psychometric chart tersaji pada Gambar 2.5.
Dalam chart ini dapat langsung diketahui hubungan antara berbagai parameter udara secara cepat dan persisi, baik yang berkaitan dengan sifat fisik udara maupun sifat thermiknya.
Gambar 2.5 Psychrometric chart
16
2.1.2.1 Parameter-Parameter Pada Psychrometric Chart
Parameter-parameter udara Psychrometric Chart meliputi : (a) dry-bulb temperature (Tdb), (b) wet-bulb temperature (Twb), (c) dew-point temperature (Tdp), (d) specific humidity (W), (e) relative humidity (% RH), (f) enthalpy (H), (g) volume spesifik (SpV).
a. Dry-bulb Temperature (Tdb)
Dry-bulb Temperature adalah suhu udara bola kering yang diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan kering atau tidak dibasahi dengan air (bulb dari termometer keadaan kering). Tdb diplotkan 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 bola basah yang diperoleh melalui pengukuran dengan menggunakan termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan basah atau diselimuti dengan kain basah (bulb dari termometer keadaan basah). Twb diplotkan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak dibagian samping kanan chart. Twb ini merupakan ukuran panas (enthalpi), perubahan Twb menunjukan adanya perubahan panas total.
c. Dew-point Temperature (Tdp)
Dew-point Temperature adalah nilai suhu dimana uap air di dalam udara mulai mengalami proses pengembunan ketika udara didinginkan (suhu titik embun dari uap air yang ada dari udara). Tdp ditandai sebagai titik sepanjang
17
saturasi. Pada saat udara ruang mengalami saturasi (jenuh) maka besarnya Tdp sama dengan Twb demikian pula Tdp. Adanya perubahan Tdp menunjukan 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 kilogram udara kering (kg air/ kg udara kering).
e. Relative Humidity (%RH)
Relative Humidity merupakan presentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1 m³ dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1 m³ tersebut.
f. Enthalpi (H)
Enthalpi adalah jumlah panas total yang di miliki oleh campuran udara dan uap air persatuan massa, dinyatakan dalam satuan Btu/lb udara.
g. Volume Spesifik (SpV)
Volume Spesifik (SpV) adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan meter kubik udara keringatau meter kubik campuran per kilogram udara kering.
Gambar 2.6 Parameter-Parameter Pada Psychrometric Chart
18
2.1.2.2 Proses-Proses Pada Psychrometric Chart
Proses-proses yang terjadi pada Psychrometric Chart antara lain : (a) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying), (b) proses pemanasan (heating), (c) proses pendinginan dan penaikan kelembaban (cooling and humidifying), (d) proses pendinginan (cooling), (e) proses penaikkan kelembaban (humidifying), (f) proses penurunan kelembaban (dehumidifying), (g) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying), (h) proses pemanasan dan penaikan kelembaban (heating and humidifying).
Gambar 2.7 Proses-Proses Pada Psychrometric Chart
a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten udara. Pada proses pendinginan dan penurunan kelembaban terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah, penurunan entalpi, penurunan volume spesifik, penurunan temperatur titik embun, dan penurunan kelembaban spesifik. Sedangkan kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya.
19
Gambar 2.8 Proses Cooling And Dehumidifying b. Proses Pemanasan (Heating)
Proses pemanasan (heating) adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara.Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering, temparaturbola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan.
Gambar 2.9 Proses Pemanasan Heating
20 c. Proses Pendinginan (Evaporative Cooling)
Proses pendinginan (evaporative cooling) adalah proses pengurangan kalor sensibel keudara sehingga suhu udara tersebut menurun. Proses ini disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering dan rasio kelembaban. Pada proses pendinginan evaporatif,terjadi penurunan temperatur kering dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun, kelembaban relatif dan kelembaban spesifik mengalami peningkatan.Namun entalpi dan temperatur bola basah tetap konstan.
Gambar 2.10 Proses Evaporative Cooling d. Proses Pendinginan (Cooling)
Proses pendinginan (cooling) adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan, terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik, namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik dan suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis horizontal ke arah kiri.
21
Gambar 2.11 Proses Cooling e. Proses Penaikan Kelembaban (Humidifying)
Proses (Humidifying) merupakan penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah atas.
Gambar 2.12 Proses Humidifying
22 f. Proses (Dehumidifying)
Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. Garis dalam psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah bawah.
Gambar 2.13 Proses Dehumidifying
g. Proses Pemanasan Dan Penurunan Kelembaban (Heating And Dehumidifying) Pada proses ini berfungsi untuk menaikkan suhu bola kering dan menurunkan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembaban relatif, terjadi peningkatan suhu bola kering. Garis proses ini pada psychrometric chart adalah kearah kanan bawah.
23
Gambar 2.14 Proses Heating And Dehumidifying
h. Proses Pemanasan Dan Menaikkan Kelembaban (Heating And Humidifying) Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis kearah kanan atas.
Gambar 2.15 Proses Heating And Humidifying
24
2.1.2.3. Proses-Proses yang Terjadi pada Mesin Penangkap Air dari Udara
Gambar 2.16 menunjukkan proses-proses yang terjadi di dalam mesin penangkap air dari udara. Proses yang pertama adalah pemadatan udara yang berfungsi untuk menambah tingkat kelembaban spesifik pada udara sehingga kadar air di dalam udara menjadi bertambah. Selanjutnya dilanjutkan dengan proses pendinginan dan dehumidifikasi, pada proses inilah suhu udara menjadi dingin dan tingkat kadar air di dalam udara menjadi berkurang dari sebelumnya.
Kadar air di dalam udara berkurang karena kadar air tersebut telah diproses menjadi embun yang menetes di dalam evaporator. Proses yang terakhir adalah proses pemanasan. Pada proses ini terjadi peningkatan suhu udara, hal ini dikarenakan udara melewati kondensor dimana suhu pada kondensor sangat tinggi, sehingga udara yang melewati kondensor akan mengalami peningkatan suhu.
Gambar 2.16 Proses-Proses Yang Terjadi Dalam Mesin Penangkap Air
25
2.1.2.4 Proses Udara Yang Terjadi Pada Mesin Penangkap Air Dari Udara Pada Psychrometric Chart
Proses perlakuan udara yang terjadi dalam mesin penangkap air dari udara pada psychrometric chart disajikan pada Gambar 2.17, proses perlakuan udara meliputi : (a) proses humidifying, (b) proses pendinginan udara, (c) proses pendinginan dan pengembunan uap air dari udara, (d) proses pemanasan udara.
Gambar 2.17 Proses Udara yang Terjadi di dalam Mesin penangkap Air dari Udara pada Psychrometric Chart
Keterangan pada Gambar 2.17:
a. Titik a - b
Proses dari a ke b adalah proses heating and humidifying, yaitu terjadinya peningkatan suhu udara bola kering dan kelembaban spesifik udara. Proses tersebut terjadi ketika melewati kipas yang berfungsi untuk memadatkan udara.
Proses pemadatan udara ini menyebabkan kenaikan kelembaban spesifik dan suhu udara kering.
Wd
Wc Tadp
a c b
d e
26 b. Titik b - c
Proses dari titik b ke titik c adalah proses pendinginan udara yang dilakukan oleh evaporator. Suhu udara menjadi menurun dengan nilai kelembaban spesifik tetap.mencapai suhu titik embun udara (Tadp) Apparating Dew Point .
c. Titik c - d
Proses dari titik c ke titik d adalah proses pendinginan dan pengembunan uap air yang ada di udara yang dilakukan oleh evaporator. Proses ini berlangsung pada kelembaban udara 100%. Sedangkan nilai kelembaban spesifik menjadi menurun.
d. Titik d - e
Proses dari titik d ke titik c disebut dengan proses (heating) yang dilakukan oleh kondensor. Pada proses ini, bertujuan untuk menjaga agar suhu kerja kondensor tidak terlalu tinggi.
2.1.2.5. Perhitungan- Perhitungan pada Psychrometric Chart
Pada saat melakukan proses penelitian dan mempergunakan psychrometric chart diperoleh data-data yang dapat dihitung yaitu : (a) Laju aliran massa air yang diembunkan, (b) Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara, (c) Laju aliaran massa udara, (d) Debit aliran udara.
27 a. Laju aliran massa air yang diembunkan ( ̇air)
Laju aliran massa air yang diembunkan dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1)
̇air
... (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
̇air : Laju aliran massa air (kg /detik) m air : Jumlah air yang dihasilkan, kg t : Selang waktu yang digunakan, detik
b. Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara ( w)
Besarnya kandungan uap air persatuan massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.2)
W = WB –WC ... (2.2)
Pada Persamaan (2.2)
w : Pengurangan kandungan uap air (kgair/kgudara)
WB : Kelembaban spesifik udara saat masuk evaporator (kgair/kgudara) WC : Kelembaban spesifik udara setelah keluar evaporator (kgair/kgudara)
2.1.3. Siklus Kompresi Uap
Siklus kompresi uap merupakan siklus yang digunakan pada mesin penangkap air dari udara. Didalam mesin penangkap air dari udara ini menggunakan proses penguapan dalam menyerap kalor, dan proses pengembunan dalam melepaskan kalor dengan menggunakan media pendingin refrigeran.
Refrigeran yang umum digunakan kedalam chlorinated fluorocarbons (CFCs
28
disebut juga freon): R-11, R-12, R-21, R-22, R-502, R-134a, dan Musicool.
Peralatan utama dari mesin siklus kompresi uap meliputi: kompressor, kondensor, katup evaporator, dan ekspansi/pipa kapiler.
2.1.3.1 Rangkaian Siklus Kompresi Uap
Secara skematik rangkaian komponen siklus kompresi uap yang digunakan pada mesin penangkap air dari udara disajikan pada Gambar 2.18.
Qout
Win
Qin
Gambar 2.18 Rangkaian Komponen Siklus Kompresi Uap Penjelasan dari rangkaian Gambar 2.18 adalah sebagai berikut :
Qin adalah besarnya energi kalor yang dihisap oleh evaporator per satuan massa refrigeran. Qout adalah besarnya energi kalor yang dilepas oleh kondensor per satuan massa refrigeran. Win adalah usaha yang dilakukan kompresor per satuan massa refrigeran. Sedangkan Qin dihisap dari udara yang dialirkan ke evaporator oleh kipas evaporator dan Qout adalah kalor yang dikeluarkan oleh
Kondensor
Evaporator Pipa
Kapiler
Kompresor 1
2 3
4 Win
29
kondensor. Dalam siklus ini refrigeran bertekanan rendah dikompresi oleh kompresor sehingga menjadi uap refrigeran bertekanan tinggi. Uap bertekanan tinggi kemudian diembunkan menjadi cairan refrigeran bertekanan tinggi dalam kondensor.
2.1.3.1.2. Siklus Kompresi Uap Pada Diagram P-h dan Diagram T-s
Siklus kompresi uap pada diagram P-h dan diagram T-s disajikan pada Gambar 2.19 dan Gambar 2.20.
2
Gambar 2.19 Siklus Kompresi Uap Pada Diagram P-h
P2
h2 h1
P1
1a Qout 2a
Qin h3=h4
W in
4 3 3a
1
Enthalpy (h)
Pressure (p)
30
Gambar 2.20 Siklus Kompresi Uap Pada Diagram T-s
Dalam siklus kompresi uap, refrigeran mengalami beberapa proses yaitu :
a. Proses 1-2
Proses 1-2 merupakan proses kompresi isentropik (proses berlangsung pada entropi (s) konstan). Proses tersebut dijalankan oleh kompresor, gas refrigeran bertekanan rendah mengalami proses kompresi yang mengakibatkan refrigeran menjadi gas panas lanjut yang tekanannya mempunyai tekanan dan suhu yang tinggi.
b. Proses 2-2a
Proses 2-2a merupakan proses penurunan suhu, dan berlangsung saat refrigeran memasuki kondensor. Refrigeran yang berupa gas panas lanjut dan
Qout
Qin
W in
Te Tc
3
4
2
1 1a
3a 2a
Entropy (s)
Temperature (T)
31
bersuhu yang tinggi diturunkan suhunya, hingga mencapai gas jenuh yang berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini di sebut desuperheating.
c. Proses 2a-3a
Proses 2a-3a merupakan proses kondensasi, atau disebut juga dengan pelepasan kalor ke udara di sekitar kondensor pada suhu yang konstan. Pada saat yang sama terjadi perubahan fase refrigeran dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Hal ini terjadi karena temperatur refrigeran lebih tinggi dari suhu udara di sekitar kondensor, dan berlangsung pada tekanan yang konstan.
d. Proses 3a-3
Proses 3a-3 merupakan proses pendinginan lanjut. Dalam proses ini terjadi pelepasan kalor, sehingga suhu refrigeran yang keluar dari kondensor menjadi lebih rendah dan berada dalam fase cair, agar refrigeran dapat lebih mudah mengalir pada pipa kapiler.
e. Proses 3-4
Proses 3-4 adalah proses penurunan tekanan, berlangsung dalam entalpi konstan, dan berlangsung selama di dalam pipa kapiler. Pada proses ini refrigeran mengalami perubahan dari fase cair ke fase campuran (cair-gas). Suhu refrigeran mengalami penurunan tekanan refrigeran disebabkan karena refrigeran mengalami gesekan hambatan ketika mengalir di dalam pipa kapiler berdiameter kecil.
f. Proses 4-1a
Proses 4-1a merupakan proses evaporasi atau disebut juga proses penguapan refrigeran. dalam proses ini terjadi perubahan fase, dari fase campuran
32
(gas-cair) menuju ke fase gas jenuh. Hal ini terjadi karena suhu refrigeran lebih rendah dari dari pada suhu udara yang ada di lingkungan evaporator, sehingga terjadi penyerapan kalor, dari udara luar sekitar evaporator ke dalam evaporator.
Proses ini berlangsung pada tekanan yang konstan.
g. Proses 1-1a
Proses 1-1a merupakan proses pemanasan lanjut superheating. Terjadi karena penyerapan kalor yang masih terus berlangsung setelah proses.4-1a.
Refrigeran yang masuk ke kompresor menjadi gas panas lanjut, dengan suhu refrigeran meningkat. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap.
2.1.3.2 Komponen-Komponen Pada Siklus Kompresi Uap
Pada umumnya mesin yang bekerja dengan siklus kompresi uap terdapat beberapa komponen yang paling penting yang membantu proses kerja siklus kompresi uap adapun komponen-komponennya: (a) kompresor yang berfungsi untuk menaikan tekanan dengan mensirkulasi refrigeran, (b) kondensor yang berfungsi untuk melepas panas ke udara luar, (c) pipa kapiler yang berfungsi untuk menurunkan tekanan, (d) evaporator yang berfungsi untuk menyerap kalor yang berada diruangan atau benda tertentu (e) filter yang berfungsi untuk menyaring kotoran yang berda didalam cairan refrigeran. Berikut penjelasan mengenai komponen-komponen mesin yang bekerja pada siklus kompresi uap:
33 2.1.3.2.1. Komponen Utama
2.1.3.2.1.1. Kompresor
Kompresor pada komponen ini berfungsi menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Cara kerja kompresor adalah menghisap sekaligus memompa refrigeran sehingga terjadi sirkulasi refrigeran yang mengalir dari pipa-pipa pada mesin kompresi uap. Contoh kompresor adalah reciprocating dan rotary. Gambar 2.21 menyajikan kompresor jenis rotary yang dipergunakan pada penelitian ini. Mesin listrik dari kompresor rotary, berada dalam casing yang tertutup, sehingga keberadaan motor listrik tersebut tidak terlihat dari luar.
Gambar 2.21 Kompresor rotary 2.1.3.2.1.2. Kondensor
Kondensor berfungsi untuk mengkondisikan refrigeran setelah keluar dari kompresor. Karena terjadi kondensasi di kondensor maka refrigeran akan mengalami perubahan wujud dari yang semula gas menjadi cair.
34
Gambar 2.22 Kondensor 2.1.3.2.1.3. Evaporator
Evaporator adalah tempat terjadinya refrigeran berubah fase campuran gas+cair menjadi fase gas. Proses ini memerlukan energi kalor, energi kalor diambil dari lingkungan sekeliling evaporator. Proses penguapan refrigeran pada evaporator berlangsung pada suhu dan tekanan yang tetap.
Gambar 2.23 Evaporator
2.1.3.2.1.4. Pipa Kapiler
Pipa kapiler adalah salah satu alat ekspansi, alat ekspansi ini mempunyai kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran dan menurunkan suhu sampai minus. Cairan refrigeran yang memasuki pipa kapiler tekanannya berkurang akibat adanya gesekan daya permukaan pipa. Diameter dan panjang pipa kapiler ditetapkan berdasarkan kapasitas pendinginan.
35
Gambar 2.24 Pipa kapiler
2.1.3.2.1.5. Refrigeran
Refrigeran adalah zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair, ataupun sebaliknya. Jenis bahan pendingin sangat beragam. Setiap jenis bahan pendingin memiliki karakteristik yang berbeda. Bahan pendingin yang dewasa ini banyak dan secara umum digunakan adalah R134a, R410.
Gambar 2.25 Refrigeran 2.1.3.2.2. Komponen Pendukung
2.1.3.2.2.1 Filter
Filter (strainer) memiliki fungsi utama untuk menyaring kotoran yang masuk bersama dengan refrigeran di dalam mesin siklus kompresi uap. Alat penyaring ini memiliki fungsi yang sangat penting sebab jika alat ini rusak, maka kotoran-kotoran akan lolos dan tidak bisa tersaring sehingga akan menyebabkan
36
penyumbatan di bagian pipa kapiler, bila hal ini terus menerus terjadi, maka pipa ataupun saluran dari sirkulasi refrigeran akan tersumbat/buntu sehingga mesin siklus kompresi uap tidak dapat bekerja dengan baik.
Gambar 2.26 Filter
2.1.3.2.2.2 Accumulator
Fungsi dari accumulator adalah sebagai penampung sementara cairan refrigeran cair bertemperatur rendah dan campuran minyak pelumas evaporator.
Selain itu accumulator juga berfungsi untuk mengatur sirkulasi aliran bahan refrigeran cair tidak mengalir ke kompresor. Accumolator mengkondisikan wujud refrigeran tetap dalam wujud gas. Hal ini disebabkan karena ketika wujud refrigeran berbentuk gas akan lebih mudah masuk ke dalam kompresor dan tidak merusak bagian dalam kompresor.
37
Gambar 2.27 Accumulator 2.1.3.2.2.3 Blower
Blower berfungsi untuk mensirkulasikan udara yang lewat melalui evaporator. Pada penelitian ini blower yang di pergunakan pada evaporator seperti tersaji pada gambar 2.28.
Gambar 2. 28 Blower AC split
38 2.1.3.2.2.4 Thermistor
Adalah alat atau komponen atau sensor elektronika yang dipakai untuk mengukur suhu. Prinsip dasar dari termistor adalah perubahan nilai tahanan (hambatan atau resistance) jika suhu atau temperatur yang mengenai termistor ini berubah.
Gambar 2. 29 Thermistor
2.2. Tinjauan Pustaka
Azridjal Aziz, Indral, Herisiswanto, Rahmat Iman Mainil, David Jenvirizen (2015) melakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui peningkatan kinerja AC Split pada penerapan EC (Evaporative Cooling) dengan laju aliran ke EC yang berbeda (0,88 liter/menit, dan 1,22 liter/menit). Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penerapan EC, temperatur udara yang mengalir masuk ke kondensor turun lebih rendah dibanding kondisi tanpa EC dengan perbedaan temperatur sekitar 6°C. Hal ini juga menyebabkan tekanan pada kondensor dan tekanan pada evaporator menjadi lebih rendah, sehingga
39
konsumsi energi listrik turun dan kerja AC Split naik 20% pada laju aliran air ke EC 1,22 liter/menit. Penelitian ini menunjukkan bahwa penerapan Evaporative cooling memberikan kinerja mesin pengkondisian udara tipe Split (AC Split) yang lebih baik pada laju aliran air ke EC yang lebih tinggi (1,22 liter/menit).
Menurut Santoso (2010) melakukan penelitian suhu, arus, tegangan dan konsumsi energi listrik. Untuk mendapatkan prestasi kerja dan konsumsi listrik AC. Pada penelitian ini juga melakukan penggantian refrigeran. Penggantian refrigeran yang semula menggunakan R-22, kemudian diganti menjadi MC-22.
hasil yang diperoleh adalah COP (Coefficient Of Performance) AC setelah diganti MC-22 jauh lebih baik yaitu 4.9 menjadi 6.5 EER ( Tingkat efisiensi penggunaan energi) dari 8,6 menjadi 10,9, dibandingkan menggunakan freon / R-22.
Konsumsi listrik lebih rendah setelah menggunakan MC-22 dibandingkan sebelum menggunakan MC-22 yaitu dari 9,1 kWH menjadi 7,2 kWH selama pengoprasian 10 jam.
Dalam penelitian Hidayat (2010) yang melakukan analisis penggunaan refrigeran hidrokarbon R-290 (dengan contoh uji MC-22) dengan mesin pendingin yang menggunakan R-407C. Penggantian refrigeran (retrofiting) R- 407C dengan R-290 jenis MC-22 dapat digantikan tanpa membongkar komponen yang ada pada AC. Hasil penggantian refrigeran R-407C dengan MC-22 membuktikan bahwa refrigeran hidrokarbon jenis MC-22 lebih hemat dibandingkan dengan refrigeran R-407C. Penghematan yang diperoleh dari penggantian tersebut adalah, arus listrik sebesar 19,43%, daya sebesar 20,71%
energi sebesar 20,66%.
40
Marwan Effendy (2005) melakukan penelitian dengan merakit sistem pendingin AC. Refrigeran yang dipergunakan adalah Freon-12. Bagian kondensor dipasang kipas angin yang bisa diatur putarannya. Dalam penelitian berhasil mengukur data tekanan, temperatur, dan laju aliran massa refrigeran dengan variasi kecepatan udara pendingin di kondensor. Kecepatan udara pendingin kondensor diatur dengan menambahkan putaran motor listrik penggerak kipas.
Variasi kecepatan udara pendingin antara 0,2-2,9 m/s yang dihasilkan dari putaran kipas 60-390 rpm. Hasil penelitian menunjukkan semakin besar laju aliran udara untuk mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin meningkat,. Pada kecepatan udara pendingin diatas 2,9 m/s pengaruh terhadap koefisien prestasi relatif kecil.
41
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Objek Penelitian
Objek penelitian adalah mesin penangkap air dari udara hasil karya sendiri. Gambar dari skematik alat yang dipergunakan di dalam penelitian, ukurannya : p x l x t = 160 cm x 125 cm x 135 cm, dan disajikan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Objek Penelitian Keterangan pada Gambar 3.1 :
a. Kipas b. Evaporator
d c
b
a a
a
f
e P1
P2 (T2)
(T5) (T1)
(T3)
(T4)
(T2)
42 c. Pipa Kapiler
d. Kompresor e. Kondensor f. Gelas ukur
3.2. Variasi Penelitian
Variasi penelitian yang dilakukan terhadap kondisi kipas tambahan yang digunakan untuk memadatkan udara yang masuk melalui evaporator, yaitu (a) tanpa kipas (b) dengan kipas kecepatan putaran 500 rpm, dan (c) dengan kipas kecepatan putaran 550 rpm.
3.3. Alat dan Bahan Pembuatan Mesin Penangkap Air dari Udara
Dalam pembuatan mesin penangkap air dari udara, bahan dan peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :
3.3.1. Alat
Beberapa peralatan dan bahan yang digunakan dalam proses pembuatan mesin penangkap air dari udara adalah sebagai berikut :
a. Palu
Digunakan untuk memukul kerangka dari plat besi dan paku pada mesin penangkap air dari udara.
b. Gergaji Kayu
Digunakan untuk memotong kayu yang digunakan untuk alas dan rangka bagian samping mesin penangkap air dari udara.
c. Obeng (+) dan (–)
