i
KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN
VARIASI AIR COOLER DAN ICE PACK
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
MARTINUS HERMAWANTO NIM : 135214111
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2020
ii
THE CHARACTERISTIC OF AIR CONDITIONING WITH
AIR COOLER AND ICE PACK VARIATION
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
MARTINUS HERMAWANTO Student Number : 135214111
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT OF
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY OF
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2020
iii
KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN
VARIASI AIR COOLER DAN ICE PACK
Disusun oleh :
MARTINUS HERMAWANTO NIM : 135214111
Telah disetujui oleh Dosen Pembimbing Skripsi
iv
KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN
VARIASI AIR COOLER DAN ICE PACK
Dipersiapkan dan disusun oleh :
NAMA : MARTINUS HERMAWANTO
NIM : 135214111
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Pada tanggal 21 Februari 2019
dan dinyatakan telah lulus memenuhi syarat Susunan Dewan Penguji
Nama Lengkap Tanda Tangan
Ketua : Doddy Purwadinto, S.T., M.T. ... Sekretaris : Achiles Hermawan Asyanto,
M.Eng. ... Anggota : Ir. PK. Purwadi, M.T. ...
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta, 7 Februari 2020 Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Dekan,
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 7 Februari 2020
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Martinus Hermawanto Nomor Mahasiswa : 135214111
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul:
Karakteristik Mesin Penyejuk Udara dengan Variasi Air Cooler dan Ice
Pack
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang 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, 7 Februari 2020
Yang menyatakan,
vii
ABSTRAK
Kebutuhan masyarakat akan mesin penyejuk udara semakin hari semakin meningkat. Akan tetapi mesin penyejuk yang di jual di pasaran memiliki daya listrik yang tinggi .Tujuan penelitian terhadap mesin penyejuk udara berdaya listrikrendah dengan menggunakan siklus kompresi uap ini adalah (1) membuat dan merakit mesin penyejuk udara dengan siklus kompresi uap, air cooler dan ice
pack (2) mengetahui karakteristik dari mesin penyejuk udara yang telah di buat,
meliputi :Qin, Qout, COPaktual, COPideal dan Efisiensi mesin penyejuk udara (3) mengetahui kondisi udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara dari waktu ke waktu.
Penelitian dan pengambilan data mesin penyejuk udara dilaksanakan di Laboratorium Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Batasan-batasan dalam pembuatan mesin penyejuk udara sebagai berikut (1) mesin penyejuk udara terdiri atas mesin pendingin yang bekerja dalam siklus kompresi uap, air cooler dan ice pack (2) komponen utama siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler (3) daya kompresor sebesar: 1/8 pk. ukuran komponen utama siklus kompresi uap yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor (4) jenis evaporator: pipa dengan sirip (5) jenis kondensor: pipa dengan jari-jari penguat (6) refrigeran siklus kompresi uap: R134a (7) mesin penyejuk udara mempergunakan ruangan pendingin dengan ukuran: 60 cm x 50 cm x 45 cm (8) mesin penyejuk udara mempergunakan 12 ice
pack dengan ukuran ice pack: 25 cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada
freezer (9) mempergunakan air cooler berdaya: 70 watt (10) semua komponen komponen utama mesin pendingin, air cooler dan ice pack, diperoleh dipasaran. Penelitian dilakukan dengan variasi mesin penyejuk dan air cooler tanpa menggunakan ice pack dan mesin penyejuk, air cooler dan 12 ice pack
Mesin penyejuk udara berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (1) mesin pendingin udara bekerja sesuai dengan apa yang diharapkan (2) nilai rata-rata COP terbaik diperoleh pada variasi, air cooler dan mesin pendingin tanpa menggunakan ice pack dengan nilai COPactual 3,52 dan COPideal 4,45, nilai rata-rata terbaik efisiensi rata-rata dari waktu ke waktu dapat diperoleh dari variasi air cooler dan mesin pendingin tanpa menggunakan ice pack 80,2% (3) Mesin penyejuk udara dengan siklus kompresi uap mendapatkan hasil kondisi suhu udara dibawah 24,5 oC. Terbaik pada variasi
air cooler dan mesin penyejuk menggunakan 12 ice pack. Kondisi udara pada
menit 0 sebesar 24,3 oC dan mampu bekerjasecara stabil bertahan sampai 300 menit (5 jam) pada suhu 24,3 oC
viii
ABSTRACT
People’s need of air conditioner keeps increasing everyday. But air conditioner that sold in he market have hight electrikal power. The objectives of this research are : (1) making and assembling air conditioning machines with steam compression cycles, air coolers and ice packs (2) find out the characteristics of the air conditioning machine that has been made, including: Qin, Qout, COPaktual, COPideal and Efficiency of the air conditioning machine (3) know the conditions produced by the air conditioning machine from time to time..
This research was conducted in the laboratory of Mechanical Engineering of Sanata Dharma University. The limits of making the air conditioner are: (1) air conditioner consists of coolant engine working in steam compression cycle, air cooler and ice pack (2) the main components of cycle steam compression including: compressor, evaporators, condenser, and capillary tube (3) compressor power: 1/8 PK, the size of other main components of steam compression cycle adjusts the compressor power (4) type of evaporator: fin tubes (5) type of condenser: serpentine tube (6) refrigerant of steam compression cycle ; R134a (7) air conditioner using cooling room with size of: 60 cm x 50 cm x 45 cm (8) air conditioner using 20 ice-packs with size of: 25 cm x 14 cm x 15 cm. Ice pack was frozen (9) using air cooler powered: 70 watt,(10) all the main components of the air conditioner and the ice pack were obtained in markets. The research had been done by varying : air conditioner, air cooler without ice pack, and air conditioner, air cooler with 12 ice packs.
The air conditioner was successfully created and worked well. The result of the researches give some conclusions (1) ) the air conditioning machine works according to what is expected (2) the best average COP value obtained in the air coler and the cooling machine without using an ice pack with a COPactual value of 3.52 and COPideal of 4.45, the average value of the best average efficiency from time to time can be obtained from variations of air colers and conditioning machines without using ice packs of 80.2% (3) air conditioning machines with a steam compression cycle get the results of air temperature conditions below 24.5 oC. Best on variations of air cooler and a cooling machine using 12 ice packs. The air condition at minute 0 was 24.3 oC and it was able to work stably for up to 300 minutes (5 hours) at 24.3 °C.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas semua karunia dan kasih-Nya yang diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan lancar. Penulis menyusun skripsi ini dengan judul “Karakteristik mesin penyejuk udara dengan variasia Air cooler dan Ice Pack”. Skripsi disusun untuk memenuhi syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Penulisan skripsi ini juga tidak lepas dari adanya campur tangan pihak lain yang dengan tulus dan rela mengorbankan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis sampai penulisan skripsi ini dapat terselesaikan. Atas terselesainya skripsi ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Match.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang telah memberikan petunjuk, pengarahan, dan saran selama penyusunan Skripsi ini.
x
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi.
5. Heru Sukamto dan Warjinem, selaku orang tua penulis yang telah memberi motivasi dan dukungan kepada penulis, baik secara materil maupun spiritual. 6. Yustina Hermalina, selaku adik penulis yang telah memberikan motivasi dan
dukungan kepada penulis.
7. Triana Wahyudianta, Wakhid Nurmanto, Mustofa Kamal Pasha, Khoiron Nur Ashari, Frischo Allesandro, dan Albertus Bima, selaku teman dan sahabat yang selalu membantu dan memberi semangat selama penelitian Skripsi. 8. Monica Intan Tutiharta yang telah memberikan semangat dan selalu
mendampingi dengan setia selama pengerjaan skripsi ini.
9. Seluruh Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini.
10. Seluruh mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2013 yang juga telah memberi masukan dan dukungannya, terimakasih untuk kebersamaannya di Universitas Sanata Dharma.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.
xi Yogyakarta, 7 Februari 2020 Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL………. I TITLE PAGE………. IiHALAMAN PERSETUJUAN……….. Iii
HALAMAN PENGESAHAN………... Iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………... V
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI…... Vi
ABSTRAK………. Vii
ABSTRACT………... Viii
KATA PENGANTAR………... Ix
DAFTAR ISI………...……….. Xi
DAFTAR GAMBAR………. Xv
DAFTAR TABEL………. Xvii i
BAB I PENDAHULUAN……….. 1
1.1 Latar belakang…. .………..……….. 1
xii
1.3 Tujuan penelitian……….…….…… 2
1.4 Batasan masalah……….... 3
1.5 Manfaat penelitian………... 3
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA………….... 5
2.1 Dasar teori………..………... 5
2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin……… 5
2.1.2 Siklus kompresi uap………... 6
2.1.3 Perhitungan pada siklus kompresi uap………... 11 2.1.4 Komponen komponen siklus kompresi uap………....
2.1.4.1 Kompresor……… 2.1.4.2 Kondensor………... 2.1.4.3 Evaporator………... 2.1.4.4 Pipa kapiler………... 2.1.4.5 Filter……….. 2.1.4.6 Thermostat……… 2.1.4.7 Air cooler...………....……... 15 15 19 20 20 21 22 23 2.1.5 Psychrometric chart………...
2.1.5.1 Parameter-parameter Udara Psychrometric
chart...
2.1.5.2 Proses-proses Yang Terjadi Pada Udara Dalam
Psychrometric chart ...
2.1.5.3 Proses-proses yang terjadi pada Mesin Penyejuk Udara dengan air cooler, mesin pendingin dan
24 25 26
xiii
ice-pack ...
2.2 Tinjauan Pustaka………... 31
BAB III METODE PENELITIAN……….... 34
3.1 Objek Penelitian……….………... 34
3.2 Variasi Penelitian…………..……..…...…..…..…..…... 35
3.3 Alur Penelitian…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..….. 35
3.4 Alat dab Bahan Penelitian…..…..…..…..…..…..…..…... 37
3.4.1 Alat………..… 37
3.4.2 Bahan……….. 39
3.4.3 Alat Bantu dalam Penelitian ………..…..…..… 45
3.5 Proses Pembuatan Mesin Penyejuk udara……….… 47
3.5.1 Proses Pengisan Refrigeran………..…..…. 48
3.5.2 Skematik Pengambilan Data…..…..…..…..…..…... 51
3.5.3 Langkah-langkah pengambilan data…..…..…..…... 52
3.5.4 Cara Mengolah Data…..…..….………..…… 54
3.5.5 Cara mendapatkan Kesimpulan...…………..………. 55
BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN………..…..…..…..…..…..…..…..… 56 4.1 Hasil penelitian………. 56
4.2 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor……. 61
xiv
4.4 Hasil perhitungan……….. 66 4.5 Pembahasan……...……….………..
4.5.1 Mesin penyejuk udara dan air cooler tanpa
menggunaka ice pack.…..…..…..…..…..…..…..… 4.5.2 Mesin penyejuk udara dan air cooler menggunakan 12 ice pack…..
4.5.3 Tabel dan grafik perbandingan 2 variasi...…..
67 67
73
78
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….. 81
5.1 Kesimpulan………... 82
5.2 Saran…………...…….………. 82
DAFTAR PUSTAKA…...………...………...………...………...………. 84
LAMPIRAN……….. 85
A. Foto alat yang digunakan dalam penelitian…………... 86
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin………... 5
Gambar 2.2 Rangkaian Utama komponen siklus kompresi uap………... 6
Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap Diagram P-h ... 8
Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-S …..…..…...…... 8
Gambar 2.5 Kompresor open type………..….... 16
Gambar 2.6 Kompresor scroll ………... 17
Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik..………..…... 18
Gambar 2.8 Kompresor hermatik …..…..….………... 19
Gambar 2.9 kondensor dengan jari- jari penguat…..………..……..…... 20
Gambar 2. 10 Kondnsor dengan pipabersirip………... 20
Gambar 2.11 Pipa kapiler……….... 21
Gambar 2.12 Filter………... 21
Gambar 2.13 Thermostat………... 23
Gambar 2.14 Air cooler………...………... 23
Gambar 2.15 Psychrometric chart………... 24
Gambar 2.16 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric chart 27 Gambar 2.7 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara…….. 29
Gambar 3. 3.1 Skematik mesin penyejuk udara………... 34
Gambar 3.2 Skematik alur penelitian ……….. 36
Gambar 3.3 Papan kayu dan Akrilik……….... 39
Gambar 3.4 Stryfroam……… Gambar 3.4 Roda... 40 40 Gambar 3.5 Kompresor ……….... 41
Gambar 3.6 Kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat……….. 42
Gambar 3.7 Evaporator jenis pipa bersirip ………... 43
Gambar 3.8 Filter……….. 44
Gambar 3.9 Pressure Gauge…….………... 44
xvi
Gambar 3.11 Penampil suhu digital dan thermokopel………... 45
Gambar 3.12 Hygrometer ……….... 46
Gambar 3 13 Stopwacth……….….….…... 46
Gambar 3.14 Rancangan mesin penyejuk udara………... 47
Gambar 3.15 Pengelesan sambungan pipa-pipa kapiler………... 48
Gambar 3.16 Pengisian Refrigeran R134a ………..……... 50
Gambar 3.17 Skematik pengambilan data ………... 51 Gambar 4.1 Diagram p-h R134a air cooler dan mesin penyejuk...
udara tanpa menggunakan ice pack pada menit (t) ke 300
63
Gambar 4.2 Nilai Win, Qout, dan Qin air cooler dan mesin penyejuk...
udara tanpa menggunakan ice pack dari waktu ke waktu
68
Gambar 4.3 Nilai laju aliran massa refrigeran air cooler dan... mesin penyejuk udara tanpa ice pack dari waktu ke waktu
69
Gambar 4.4 Nilai COPaktual dan COPidealair cooler dan mesin...
penyejuk udara tanpa tanpa ice pack dari waktu ke waktu
70
Gambar 4.5 Nilai efisiensi air cooler dan mesin penyejuk udara... tanpa menggunakan Ice pack dari waktu ke waktu
71
Gambar 4.6 Suhu udara yang dihasilkan air cooler dan mesin... penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack dari waktu ke waktu
72
Gambar 4.7 Nilai Win, Qout, dan Qin air cooler dan mesin pen...
yejuk udara menggunakan 12 ice pack dari waktu ke waktu
73
Gambar 4.8 Nilai laju aliran massa refrigeran air cooler ... dan mesin penyejuk udara menggunakan 12 ice pack dari waktu ke waktu
75
Gambar 4.9 Nilai COPaktual dan COPideal air cooler dan...
mesin penyejuk udara menggunakan 12 ice pack dari waktu ke waktu
75
Gambar 4.10 Nilai efisiensi air cooler dan mesin penyejuk... udara menggunakan 12 ice pack dari waktu ke waktu
xvii
Gambar 4.11 Suhu udara yang dihasilkan air cooler dan mesin... penyejuk udara menggunakan 12 ice pack dari waktu ke waktu
77
Gambar 4.12 Perbandingn efisiensi dari 2 variasi Perbandinga efisiensi.... dari 2 variasi ,air cooler dan mesin penyejuk tanpa es pack dan, air cooler dan mesin penyejuk dengan 12 es pack
78
Gambar 4.13 Perbandingn suhu keluaran mesin penyejuk dari 2... friasi ,air cooler dan mesin penyejuk tanpa es pack dan, air cooler dan mesin penyejuk dengan12 es pck
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Variasi Penelitian ………...…... 35 Tabel 3.2 Tabel yang digunakan untuk mencatat data penelitian ………... 53 Tabel 4.1 Hasil data rata-rata air cooler...……... 57 Tabel 4.2 Hasil data rata-rata air cooler dan mesin penyejuk...
udara tanpa menggunakan ice Pack
58
Tabel 4.3 Hasil data rata-rata air cooler dan mesin penyejuk udara menggunakan 12 ice pack
59
Tabel 4.4 Data untuk perhitungan dan pembahasan air cooler dan ... mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack
60
Tabel 4.5 Data untuk perhitungan dan pembahasan air cooler dan... mesin penyejuk udara menggunakan 12 ice pack
60
Tabel 4.6 Nilai entalpi air cooler dan mesin penyejuk udara... tanpa menggunakan ice pack
61
Tabel 4.7 Nilai entalpi air cooler dan mesin penyejuk udara... menggunakan 12 ice pack
61
Tabel 4.8 Keterangan dari diagram P-h... 63 Tabel 4.9 Hasil perhitungan karateristik air cooler dan mesin...
penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack
66
Tabel 4.10 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara... menggunakan 12 ice pack
67
Tabel 4.11 Perbandinga suhu yang dihasilkan, dari 2 variasi... 78 Tabel 4.12 Perbandinga efisiensi dari 2 variasi... 78
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini marak sekali mengenai pemanasan global. Pemanasan global berdampak pada peningkatan suhu rata-rata di seluruh permukaan bumi, tepatnya pada bagian atmosfer, daratan hingga lautan. Hasil studi menunjukkan bahwa dalam kurun waktu 100 tahun terakhir bumi mengalami peningkatan suhu hingga 0,18 derajat celcius. Hal ini sangat berdampak pada kehidupan manusia dimana manusia kurang nyaman dengan peningkatan suhu ini. Hal ini juga berpengaruh terhadap kenyamanan mausia dalam bekerja sehingga sekarang ini banyak perkantoran yang mengunakan penyejuk ruangan (AC) guna memberikan kenyaman pada karyawan, sehingga menambah produktivitas dalam bekerja.
Tapi penyejuk ruangan yang banyak digunakan adalah penyejuk ruangan yang memiliki daya listrik yang tinggi, sehingga masyarakat kalangan bawah sedikit yang menggunkan.
Dari sinilah penulis berpikir untuk dapat membuat alat penyejuk ruangan yang yang memiiki daya listrik rendah, tapi mampu menurunkan suhu ruangan dengan baik sehingga memberikan kenyamanan pada manusia pada saat bekerja atau untuk bersantai saja.
Kebutuhan mesin pendingin ruangan seperti mesin penyejuk udara sekarang ini semakin meningkat. Tapi selama ini mesin peningin ruangan yang banyak digunakan untuk menurunkan suhu di dalam ruangan adalah AC. Dengan daya listrik yang sangat besar. Oleh sebab itu diperlukan alat penyejuk ruangan yang berdaya listrik rendah namun mampu bekerja secara optimal dan mampu menyerap kalor di ruangan dengan baik. Oleh sebab itu, diperlukan suatu inovasi mesin penyejuk udara yang membutuhkan daya yang rendah, lebih sederhana dan lebih praktis penggunaanya. :
a. Bagaimanakah merancang dan merakit mesin penyejuk ruangan dengan daya listrik rendah ?
b. Bagaimanakah karakteristik dari mesin penyejuk udara yang telah dibuat ? c. Bagaimanakah kondisi udara yang mesin penyejuk udara ?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat dan merakit mesin penyejuk udara dengan siklus kompresi uap, air
cooler dan ice pack.
b. Mengetahui karakteristik dari mesin penyejuk udara yang telah dibuat: 1. Besarnya energi yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran
(Qin).
2. Besarnya energi yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran
(Qout).
3. Besarnya kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran
4. COPaktual dan COPideal dari mesin penghasil penyejuk uara dengan siklus kompresi uap.
5. Efisiensi mesin kompresi uap.
c. Mengetahui kondisi udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara dari waktu ke waktu.
1.4 Batasan - batasan masalah yang diambil dalam pembuatan alat
Batasan – batasan yang dipergunakan di dalam pembuatan alat :
a. Mesin penyejuk udara ini menggunakan siklus kompresi uap, air cooler dan ice pack.
b. Komponen utama dari mesin siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler dan 1 set air cooler.
c. Daya kompresor yang digunakan sebesar 1/8 PK, komponen yang lain ukurannya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
d. Komponen utama mesin siklus kompresi uap menggunakan komponen standar yang ada di pasaran.
e. Mesin siklus kompresi uap menggunakan refrigeran R 134 a.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian tentang mesin penyejuk udara menggunakan siklus kompresi uap, air cooler dan ice pack adalah:
a. Menambah khasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penyejuk udara berdaya listrik rendah yang dapat ditempatkan di perpustakaan atau dipublikasikan dalam karya ilmiah.
b. Dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain untuk menghasilkan penyejuk udara dengan daya lebih listrik rendah.
c. Dapat digunakan di kehidupan sehari hari sebagai pengganti AC yang berdaya listrik tinggi.
d. Dihasilkanya teknologi tepat guna berupa mesin peyejuk udara berdaya listrik rendah.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin
Mesin pendingin adalah alatan yang berfungsi untuk memindahkan kalor dari dalam ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor dari lingkungan bersuhu rendah kemudian dipindahkan ke lingkungan bersuhu tinggi. Yang bertujuan untuk menurunkan suhu pada suat ruangan. Gambar 2.1 menunjukkan prinsip dasar kerja mesin pendingin.
Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin
Pada Gambar 2.1 Qin adalah besarnya kalor yang di serap mesin pendingin dari lingkungan yang bersuhu rendah. Win adalah kerja yang diberikan ke mesin pendingin dan Qout adalah besarya kalor yang dilepas ke lingkungan bersuhu tinggi.
Mesin pendingin telah digunakan dalam banyak hal. Diantaranya sebagai tempat pengawet bahan makanan dan minuman (kulkas, freezer, cold storage,
show case, kulkas, dll), pengkondisi udara ruangan (AC, water chiller, dll) dan
pembuat es (ice maker). Dengan berkembangnya informasi dan teknologi sekarang ini, manusia telah merasakan dampak positif dari teknologi mesin pendingin.
2.1.2 Siklus Kompresi Uap
Dari sekian banyak jenis sistem mesin pendingin, yang paling umum digunakan adalah mesin pendingin dengan sistem kompresi uap. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan pipa kapiler atau katup expansi. Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap digambar pada Gambar 2.2 dan siklus kompresi uap pada diagram P.h disajikan pada Gambar 2.3, pada diagram T-s pada Gambar 2.4
Gambar 2.2 Rangkain Komponen Utama Siklus Kompresi Uap Kondensor Kompresor Pipa Kapiler 1 2 3 4 Evaporator Qout Win Qin
Pada siklus kompresi uap, di evaporator refrigeran akan menghisap kalor dari dalam ruangan sehingga kalor tersebut akan menguapkan refrigeran. Kemudian uap refrigeran ditekan oleh kompresor hingga mencapai tekanan kondensor, dalam kondensor uap refrigeran dikondensasikan sehingga fase refrigeran berubah wujud cair dengan cara membuang kalor dari uap refrigeran ke lingkungannya. Kemudian refrigeran akan diturunkan tekanannya oleh pipa kapiler, sehingga fasenya berubah dari cair menjadi campuran cair dan gas dan diteruskan kembali ke dalam evaporator.
Pada Gambar 2.2, Gambar 2.3 dan Gambar 2.4, Qin adalah besarnya kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran. Qout adalah besarnya kalor yang dilepas kondensor ke lingkungan karena suhu refrigeran di dalam kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan. Proses penguapan berlangsung di evaporator secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama) sedangkan Win adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran.
Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap Diagram P-h
Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s P1 3 1 2 4 1a 2a 3a P h h3= h4 h1 h2 Te ka na n Entalpi Win Qin Qout P2 3 1 2 4 1a 2a 3a T S Qout Win Qin Te mper atur Entropi
Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap (terjadi pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4) adalah (a) proses kompresi, (b) proses desuperheating, (c) proses kondensasi, (d) proses pendingin lanjut, (e) proses penurunan tekanan, (f) proses penguapan, dan (g) proses pemanasan lanjut.
a. Proses kompresi (1-2)
Proses kompresi dilakukan oleh kompresor terjadi pada tahap 1 – 2 dan berlangsung secara isentropik adiabatik (isoentropi atau entropi konstan). Kondisi awal refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat.
b. Proses desuperheating (proses 2-2a)
Proses desuperheating adalah proses pendinginan dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh yang terjadi pada tahap 2–2a. Proses ini juga dinamakan desupa heating. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir dari refrigeran ke lingkungan karena suhu refrigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.
c. Proses kondensasi (2a-3a)
Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-3a berlangsung di dalam kondensor. Pada proses ini gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara lingkungan.
d. Proses pendinginan lanjut (3a–3)
Proses pendinginan lanjut (sub cooling) terjadi pada tahap 3a–3. Proses pendinginan lanjut merupakan proses penurunan suhu refrigeran dari keadaan refrigeran cair jenuh. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini diperlukan agar kondisi refrigeran yang keluar dari kondensor benar–benar berada dalam fase cair, untuk memudahkan mengalir di dalam pipa kapiler.
e. Proses penurunan tekanan (3-4)
Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3–4 berlangsung di pipa kapiler secara isoentalpi (entalpi sama). Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke komponen pipa kapiler dan mengalami penurunan tekanan dan suhu. Akibatnya suhu dari refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini refrigeran berubah dari cair menjadi fasa campuran cair dan gas.
f. Proses penguapan ( 4–1a)
Proses penguapan terjadi pada tahap 4–1a. Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama). Dalam fasa campuran cair dan gas, refrigeran yang mengalir ke evaporator menerima kalor dari lingkungan, sehingga akan mengubah seluruh fasa fluida dari refrigeran berubah menjadi gas jenuh.
g. Proses pemanasan lanjut (1a–1)
Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 1a–1. Proses ini merupakan proses dimana uap refrigeran yang meninggalkan evaporator akan mengalami pemanasan lanjut sebelum memasuki kompresor. Hal ini di maksudkan agar kondisi refrigeran benar-benar dalam keadaan gas agar proses kompresi dapat berjalan
dengan baik dan kerja kompresor menjadi ringan.
2.1.3 Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap
Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk menganalisa unjuk kerja mesin pendingin kompresi uap yang meliputi kerja kompresor, energi yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator, COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran.
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada diagram P-h dari titik 1 ke titik 2 dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1) 1 2
h
h
W
in
(2.1) Pada Persamaan (2.1) :Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).
h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg).
h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg).
b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout) Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3, perubahan tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2) : 3 2
h
h
Q
out
(2.2) Pada Persamaan (2.2) :(kJ/kg).
h2 : nilai entalpi saat masuk kondensor (kJ/kg).
h3 : nilai entalpi refrigeran keluar kondensor atau masuk pipa kapiler (kJ/kg)
c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)
Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada titik 4-1, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3) :
4 1
h
h
Q
in
(2.3) Pada Persamaan (2.3) :Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg)
ℎ1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg)
ℎ4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai
ℎ4= ℎ3 (kJ/kg).
d. Koefisien prestasi / Coefficient of Performance aktual ( COPaktual)
Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah perbandingan antara panas yang diserap evaporator dengan kerja yang yang diberikan kompresor, dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) :
1 2 4 1 h h h h W Q COP in in aktual (2.4) Pada Persamaan (2.4) :
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg). Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).
h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg).
h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).
ℎ4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai ℎ4= ℎ3 (kJ/kg).
e. Koefisien prestasi ideal / Coefficient of Performance ideal (COPideal)
Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan Persamaan (2.5) : evap cond evap ideal T T T COP
(2.5) Pada Persamaan (2.5) :
COPideal : Koefisien prestasi ideal
T
cond : suhu mutlak kondensor (K).T
evap : suhu mutlak evaporator (K).f. Efisiensi mesin kompresi uap (η)
% 100 ideal aktual COP COP (2.6) Pada Persamaan (2.6) :
COPactual : Koefisien prestasi aktual mesin kompresi uap. COPideal : Koefisien prestasi ideal mesin kompresi uap. g. Daya Kompresor Mesin (P)
Daya untuk kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7) :
P = V × I (2.7)
Pada Persamaan (2.7) :
P :daya kompresor (J/det). V : voltage (volt).
I : arus listrik kompresor (A).
h. Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁ)
Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.8) :
1000 in W V I m (2.8) Pada Persamaan (2.8) :
ṁ : laju aliran massa refrigeran (kg/s). I : arus listrik (A).
V : voltage (volt).
2.1.4 Komponen Komponen Siklus Kompresi Uap
Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler. Komponen tambahan mesin siklus kompresi uap terdiri dari filter, thermostat dan kipas.
2.1.4.1 Kompresor
Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasi refrigeran yang mengalir dalam unit mesin pendingin. Berdasarkan cara kerjanya, kompresor dapat diklarifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu :
a. Kompresor Open Unit (open type compresor)
Pada jenis kompresor ini letak kompresor terpisah dari tenaga penggeraknya. Masing-masing bergerak sendiri dalam keadaan terpisah. Tenaga penggerak kompresor umumnya motor listrik. Salah satu ujung poros engkol dari kompresor menonjol keluar, sebuah puli dari luar dipasang pada ujung poros tersebut. Melalui belt puli dihubungkan dengan tenaga penggeraknya. Karena ujung poros engkol keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi perapat agar refrigeran tidak bocor keluar. Gambar 2.5 adalah gambar kompresor open type.
Gambar 2.5 Kompresor open type Sumber: https://hvactutorial.files.wordpress.com
b. Kompresor Sentrifugal
Prinsip dari kompresor sentrifugal adalah menggunakan gaya sentrifugal untuk mendapatkan energi kinetik pada impeller sudu dan energi kinetik ini diubah menjadi tekanan potensial. Tekanan dan kecepatan uap yang rendah dari saluran sunction dihisap kedalam lubang masuk atau mata roda impeller oleh aksi dari shaft rotor, dan kemudian diarahkan dari ujung-ujung pisau ke rumah kompresor untuk diubah menjadi tekanan yang bertambah.
c. Kompresor Scroll
Prinsip kerja dari kompresor scroll adalah menggunakan dua buah scroll (pusaran). Satu scroll dipasang tetap dan salah satu scroll lainnya berputar pada orbit. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran hisap oleh scroll dan dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya pada pusat orbit dari scroll tersebut. Gambar 2.6 adalah adalah kompresor scroll.
Gambar 2.6 Kompresor scroll
Sumber: hhttps://www.google.com/search?q=gambar+kompresor+scroll
d. Kompresor Sekrup
Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor dan meninggalkan kompresor dari ujung yang lain. Pada posisi langkah hisap terbentuk ruang hampa sehingga uap mengalir kedalam. Nilai putaran terus berlanjut, refrigeran yang terkurung digerakan mengelilingi rumah kompresor. Pada putaran selanjutnya terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga memperkecil volume rongga dan menekan refrigeran tersebut keluar melalui saluran buang.
e. Kompresor Semi Hermatik
Pada konstruksi semi hermetik bagian kompresor dan elektro motor masing-masing berdiri sendiri dalam keadaan terpisah. Untuk menggerakkan kompresor poros motor listrik dihubungkan dengan poros kompresornya langsung. Gambar 2.7 adalah gambar kompresor semi hermatik.
Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik Sumber: http://2.bp.blogspot.com
f. Kompresor Hermatik
Pada dasarnya, kompresor hermetik hampir sama dengan semi-hermetik,
perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja) kompresor
dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetic dipergunakan
sambungan las sehingga rapat udara. Pada kompresor semi-hermetik dengan
rumah terbuat dari besi tuang, bagian-bagian penutup dan penyambungnya masih
dapat dibuka. Sebaliknya dengan kompresor hermetik, rumah kompresor dibuat
dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor
listriknya tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor. Gambar 2.8
Gambar 2.8 Kompresor Hermatik jenis torak Sumber :http://1.bp.blogspot.com
2.1.4.2 Kondensor
Kondensor adalah alat yang berfungsi sebagai tempat pengembunan atau kondensasi refrigeran. Dalam kondensor berlangsung dua proses yaitu proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh dan proses berikutnya dari gas panas jenuh menuju ke cair jenuh. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi gas jenuh menuju ke cair jenuh berlangsung pada tekanan tetap dan suhu yang tetap. Saat kedua proses tersebut berlangsung, kondensor membuang kalor dalam bentuk panas ke lingkungan sekitar. Jenis kondensor yang sering dipakai dalam kapasitas kecil adalah kondensor dengan bentuk jari-jari penguat, pipa dengan plat dan pipa bersirip. Tiga jenis kondensor berdasarkan media pendinginnya, kondensor berpendinginan udara (air cooled condenser), kondensor berpendinginan air (water cooled condenser) serta kondensor berpendinginan udara dan air (evaporative condenser). Umumnya kondensor yang dipakai dalam mesin pindingin kulkas satu pintu, showcase, freezer, dan chest
freezer adalah kondensor pipa dengan jari-jari penguat, sedangkan untuk kulkas
dua pintu dan mesin AC menggunakan jenis pipa bersirip. Gambar 2.9 adalah gambar kondensor dengan jari-jari penguat. Gambar 2.10 adalah gambar kondensor jens bersirip.
Gambar 2.9 Kondensor dengan jari-jari Gambar 2.10 Kondensor jenis pipa penguat bersirip
2.1.4.3 Evaporator
Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator. Hal tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin siklus kompresi uap adalah jenis pipa dengan sirip, pipa-pipa dengan jari-jari penguat dan jenis plat.
2.1.4.4 Pipa Kapiler
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran pada siklus kompresi uap yang ditempatkan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah. Penggunaan pipa kapiler pada mesin siklus kompresi uap mempermudah kerja kompresor pada waktu start, karena tekanan kondensor dan evaporator sama. Gambar 2.11 Pipa kapiler
Gambar 2.11 Pipa kapiler Sumber: http://1.bp.blogspot.com
2.1.4.5 Filter
Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, refrigeran yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian refrigeran yang telah melewati filter menjadi lebih bersih sehingga proses proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. Jika tidak ada filter, kotoran akan masuk dalam pipa kapiler dan dapat membuat pipa kapiler menjadi tersumbat dan menyebabkan sistem menjadi tidak bekerja. Oleh sebab itu filter dipasang sebelum pipa kapiler. Gambar 2.12 Filter.
Gambar 2.12 Filter Sumber: http://4.bp.blogspot.com
2.1.4.6 Thermostart
Thermostart adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas
suhu dalam ruangan evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja kompresor. Pada thermostart dilengkapi dengan tabung yang berisi fluida. Tabung tersebut di tempatkan pada ruangan mesin pendingin (ruang evaporator), kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.
Prinsip kerja thermostart adalah jika ruang dalam mesin pendingin siklus kompresi uap mencapai suhu yang ditentukan, maka fluida dalam tabung
thermostart akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang
gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong, ruang gas akan menjadi kendur, pegas akan menekan sehingga kontak saklar akan membuka dengan demikian terputuslah hubungan listrik dari PLN. Terputusnya arus listrik akan menyebabkan kompresor akan berhenti bekerja sementara waktu. Apabila ruang pendingin atau evaporator suhunya naik, fluida dalam thermostart akan mengembang yang berarti ruang gas memberi tekanan pada saklar kontak sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN, kompresor akan bekerja kembali. Gambar 2.13 Thermostart
Gambar 2.13 Thermostart
2.1.4.7 Air Cooler
Air cooler tersusun atas motor listrik baling-baling atau sudu-sudu, pump
dan evaporator. Air coler ini berfungsi untuk mengalirkan udara. Udara yang dihembuskan oleh kipas akan mempercepat proses perpindahan kalor. Selain itu air cooler juga berfugsi utuk menurunkan suhu udara yang di hembuskan ke evaporator. Gambar 2.14 Air cooler
2.1.5 Psychrometric chart
Psychrometric chart merupakan grafik termodinamis udara yang
digunakan untuk menentukan properti-properti dari udara pada kondisi tertentu . Dengan Psychrometric chart dapat diketahui hubungan antara berbagai parameter udara secara cepat dan cukup presisi. Untuk mengetahui nilai dari properti-properti ( Tdb, Twb, W, RH, H, SpV ) bisa dilakukan apabila minimal dua buah parameter tersebut sudah diketahui.
2.1.5.1 Parameter-parameter Udara 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) dan (g) Volume Spesific (SpV). Contoh Psychrometric chart disajikan pada Gambar 2.15.
a. Dry-bulb Temperature (Tdb)
Dry-bulb Temperatur adalah suhu udara pada keadaan kering yang
diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb tidak basah (tidak diselimuti kain basah). Tdb diposisikan sebagai garis vertikal yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terdapat di bagian bawah
Psychrometric chart.
b. Wet-bulb Temperature (Twb)
Wet-bulb Temperature adalah suhu udara pada keadaan basah yang
diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb dalam kondisi basah (diselimuti kain basah). Twb diposisikan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian kanan
Psychrometric chart.
c. Dew-point Temperature (Tdp)
Dew-point Temperature adalah suhu dimana udara mulai menunjukkan
terjadinya pengembunan ketika didinginkan/diturunkan suhunya dan menyebabkan adanya perubahan kandungan uap air di udara. Tdp ditandai sepanjang titik saturasi.
d. Specific Humidity (W)
Specific Humidity adalah jumlah uap air yang terkandung di udara dalam
setiap kilogram udara kering (kg air/kg udara kering). Pada Psychrometric chart W diposisikan pada garis sumbu vertikal yang berada di samping kanan
e. Relative Humidity (%RH)
Relative Humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung dalam
1m3 dengan jumlah air maksimum yang dapat terkandung dalam 1m3 udara tersebur dalam bentuk persentase.
f. Enthalpy (H)
Enthalpy adalah jumlah panas total yang terkandung dalam campuran
udara dan uap air persatuan massa, dinyatakan dalam satuan Btu/lb udara. g. Volume Spesific (SpV)
Volume Spesific adalah volume dari udara campuran dengan satuan meter
kubik persatuan kilogram udara kering.
2.1.5.2 Proses-proses Yang Terjadi Pada Udara Dalam Psychrometric chart
Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychometric chart adalah sebagai berikut (a) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and
dehumidify), (b) proses pemanasan sensibel (sensible heating), (c) proses
pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidify), (d) proses pendinginan sensibel (sensible cooling), (e) proses humidify, (f) proses
dehumidify, (g) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify), (h) proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidify). Proses-proses ini dapat dilihat seperti pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric chart Sumber:https://sustainabilityworkshop.autodesk.com
a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten
ke udara. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur pada bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik. Sedangkan kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya.
b. Proses pemanasan sensibel (sensible heating)
Proses pemanasan (sensible heating) adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan.
Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidifying) berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola kering, temperatur bola basah dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembaban relatif dan kelembaban spesifik.
d. Proses pendinginan sensibel (sensible cooling)
Proses pendinginan (sensible cooling) adalah pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses ini, 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.
e. Proses humidify
Proses humidify merupakan penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik.
f. Proses dehumidify
Proses dehumidify 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.
g. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify)
Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify) berfungsi untuk menaikkan suhu bala kering dan menurunkan kandungan uap air
pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembaban relatif tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering. h. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidify)
Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering.
2.1.5.3 Proses-proses yang terjadi pada Mesin Penyejuk Udara dengan mesin pendingin, air cooler dan ice-pack
Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara dalam
Psychrometric chart adalah sebagai berikut
(a) Proses pendinginan oleh air cooler,
(b) Proses pendinginan oleh evaporator
(c) Proses pendinginan oleh evaporator penurunan kelembapan .
a. Proses pendinginan sensibel atau sensible cooling (titik A-B)
Pada proses ini terjadi penurunan suhu udara setelah melewati beberapa ice
pack dan beberapa rangkaian pipa evaporator. Pada proses ini terjadi proses
penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah dan volume spesifik dari udara, namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.20.
Titik A merupakan kondisi udara sebelum melewati beberapa ice pack dan evaporator. Udara pada titik A adalah udara luar sebelum masuk penyejuk udara. Titik A pada Psychrometric chart, diperoleh dengan melihat temperatur bola kering dan temperatur bola basah yang tertera pada hygrometer. Sedangkan titik B diperoleh dengan menarik garis lurus secara horizontal menuju garis lengkung yang menunjukan kelembapan relatif 100%.
b. Proses pendinginan dan penurunan kelambapan atau cooling and
dehumidifying (titik B-C)
Proses (B-C) merupakan proses penurunan suhu udara basah dan penurunan suhu udara kering. Nilai entalphi, volume spesifik, temperatur titik embun dan kelembaban spesifik mengalami penurunan. Sedangkan kelembapan relatif nilainya tetap pada nilai 100%. Pada proses ini udara didinginkan oleh evaporator hingga mendekati suhu kerja evaporator. Uap air yang terjadi di udara mengalami proses pengembunan sehingga berubah menjadi air. Proses pengembunan ini mengakibatkan tingkat kelembapan spesifik pada udara menjadi berkurang,
Titik C pada proses ini merupakan kondisi dimana udara setelah didinginkan oleh evaporator atau dapat disebut juga udara keluaran evaporator. Titik C ini diperoleh dengan menggambar garis menurun mengikiti garis saturasi dari titik B hingga titik suhu sama dengan suhu udara keluaran dari mesin penyejuk udara. c. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban atau heating and humidify
(titik C-A)
Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering.
2.2 Tinjauan Pustaka
Galuh. (2013) melakukan penelitiannya tentang Penggunaan Refrigeran
R22 dan R134a pada Mesin Pendingin. Dikatakan refrigeran memiliki sifat
karakteristik yang berbeda yang mempengaruhi efek refrigerasi dan koefeisien prestasi yang dihasilkan. R22 adalah refrigeran yang memiliki karakteristik yang baik pada mesin pendingin, sedangkan R134a adalah refrigeran yang lebih ramah terhadap lingkungan. Kedua refrigerant tersebut banyak digunakan karena dapat menghasilkan efek refrigerasi dan COP (koefisien prestasi) yang cukup baik. Dan hasil yang didapat adalah pertambahan beban berpengaruh pada naiknya kerja kompresi tetapi tidak diiringi kenaikan kapasitas evaporasi yang signifikan sehingga COP yang dihasilkan tiap penambahan beban mengalami penurunan dan karakteristik dari R22 dan R134a yang berbeda berpengaruh pada prestasi kerja masing- masing refrigeran. R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik daripada
R134a, tetapi R22 tidak ramah lingkungan, sebaliknya, R134a lebih ramah lingkungan tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R22.
Suryadimal dan Marthiana (2013) melakukan penelitian tetntang performa mesin pendingin menggunakan refrigeran R22 dan R134a dengan variasi bukaan katup pada fan kondensor (1/4, 2/4, 3/4, dan 4/4.) dengan mengamati nilai COP yang dihasilkan dari refrigeran tersebut. Hasil penelitian menunjukkan nilai COP tertinggi untuk R22 terdapat pada bukaan katup 1/4 dengan nilai COP 3,66 dan nilai terendah terdapat pada bukaan katup 3/4 dengan nilai COP 3,53. Nilai COP tertinggi untuk R134a terdapat pada bukaan katup 1/4 dengan nilai 3,82 dan nilai terendah terdapat pada bukaan katup 4/4 dengan nilai COP 3,59. Hasil ini menunjukkan bahwa penggunaan R22 lebih baik digunakan dengan variasi bukaan katup fan kondensor 1/4 karena menghasilkan nilai COP yang tinggi.
Pornomo, (2015) melakukan penelitian untuk menganalisis karakteristik unjuk kerja sistem pendingin (air conditioning) yang menggunakan freon r-22 berdasarkan pada variasi putaran kipas pendingin kondensor. Pengkondisian udara pada ruangan berfungsi untuk mengatur kelembaban, pemanasan dan pendinginan udara di dalam ruangan tersebut. Pengkondisian ini bertujuan memberikan kenyamanan, sehingga mampu mengurangi keletihan. Untuk mendapatkan suhu udara yang sesuai dengan yang diinginkan banyak alternative yang dapat diterapkan, diantaranya adalah dengan menaikkan koefisien perpindahan kalor kondensasi dan dengan menambahkan kecepatan udara pendingin pada kondensor sehingga akan diperoleh harga koefisien prestasi yang lebih besar. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah percobaan dengan menggunakan peralatan
dari mesin refrigerasi sistem pendingin udara di laboratorium Fluida, Data-data yang dicatat yaitu suhu, tekanan dan perbedaan tekanan di kompresor. Untuk membuat variasi putaran poros fan kondensor dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan frequensi motor listrik yang menggerakkannya. Variasi putaran motor listrik fan kondensor yang digunakan adalah 50 rpm sampai dengan 150 rpm. Data hasil pencatatan berupa tekanan dan temperatur selanjutnya diplot pada diagram P-h untuk refrigeran R-22. Berdasarkan pembahasan dan perhitungan data yang diperoleh, dapat ditarik beberapa kesimpulan karakteristik dan unjuk kerja sistem pendingin, Semakin besar laju aliran udara untuk mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin meningkat. Karena laju pelepasan kalor yang besar akan berimbas pada temperature kondensor yang semakin rendah, sehingga dapat mencapai temperatur yang lebih rendah lagi pada keluaran evaporator. Jadi kerja kompresor lebih ringan pada variasi laju pelepasan kalor yang paling besar.
34
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Objek yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin penyejuk udara sistem kompresi uap dengan air cooler dan tambahan ice-pack. Ukuran ruang pendingin 0,6 m, lebar 0,5 m dan tinggi 0,45 m. Gambar 3.1 menyajikan skematik dari mesin penyejuk udara.
Gambar 3.1 Skematik mesin penyejuk udara Keterangan pada Gambar 3.1:
a. Kompresor
b. Kondensor
c.
Pipa kapilerd. Evaporator
e. Pressure Gauge rerigeran tekanan rendah
f. Pressure Gaugerefrigeran tekanan tinggi
g. Water pump
h. Tampungan air
i. Kipas
j. filter
k. Ice-pack
l. Saluran udara penyejuk :
A. Mesin siklus kompresi uap
B. Air cooler
C. Ice pack
3.2 Variasi Penelitian
Tabel 3.1 menyajikan variasi yang dilakukan. Tabel 3.1 Variasi Penelitian
No Variasi penelitian
1 Dengan menggunakan Air cooler dan mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack
2 Dengan menggunakan Air cooler dan mesin penyejuk udara dengan menggunakan 12 ice pack
3.3 Alur Penelitian
Jalannya penelitian mengikuti alur penelitian seperti tersaji pada Gambar
Gambar 3.2 Skematik alur penelitian Uji coba, baik?
Mulai
Perancangan mesin penyejuk udara
Persiapan alat dan bahan
Proses perakitan mesin penyejuk udara
Pengambilan data
Pengolahan, analisis data, pembahasan kesimpulan dan saran
Tidak baik Selesai Variasi 1 s.d. 3 Pelaksanaan penelitian Berlanjut ? Ya Tidak Baik
3.4 Alat dan Bahan Penelitian
Dalam penelitian mesin penyejuk udara diperlukan alat-alat bantu dan bahan penelitian.
3.4.1 Alat
Adapun alat yang diperlukan dalam proses pembuatan mesin penyejuk udara antara lain: obeng, gerinda, kunci, pas, ring, mistar, cutter, tang, tube
expander, gas las Hi-cook, metil, dan bahan las.
a. Obeng
Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang digunakan adalah obeng (+) dan obeng (-).
b. Gerinda
Digunakan untuk memotong besi baja dalam pembuaatan kerangka mesin penyejuk
c. Kunci pas, ring
Digunakan untuk mengencangkan mur dan baut pada saat pembuataan kerangka
d. Meteran dan Mistar
Meteran dan mistar digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tinggi bahan yang akan digunakan dalam membuat mesin penyejuk udara.
e. Pisau cutter
f. Tang
Tang kombinasi digunakan untuk memotong, menarik dan mengikat kawat agar bagian tertentu pada mesin penyejuk udara.
g. Tube expander
Tube expander atau pelebar pipa berfungsi untuk mengembangkan ujung
pipa tembaga agar sambungan antar pipa lebih baik dan mempermudah proses pengelasan.
h. Gas las Hi-cook
Peralatan las digunakan untuk menyambung pipa kapiler dan sambungan pipa-pipa tembaga komponen lainnya mesin penyejuk udara.
i. Metil
Metil adalah cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran-saluran pipa kapiler. Pemakaian yaitu sebanyak 1 tutup botol metil.
j. Bahan las
Bahan las yang digunakan dalam proses penyambugan pipa kapiler yaitu menggunakan kawat las kuningan, dan borak. Borak berfungsi untuk menyambung antara tembaga dan besi. Hal ini bertujuan agar sambungan lebih merekat.
k. Pompa vakum
Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan gas-gas yang terjebak dalam sistem mesin, seperti udara dan uap air. Hal ini dilakukan agar nantinya tidak mengganggu dan menyumbat refrigeran pada saat mesin penyejuk udara
dijalankan. Karena uap air yang berlebih dapat membeku dan menyumbat filter ataupun menyumbat pipa kapiler.
3.4.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam proses pembuantan mesin penyejuk udara antaralain, adalah sebagai berikut:
a. Papan kayu dan akrilik
Papan kayu digunakan sebagai alas penyangga kompresor, tebal papan yang digunakan 1,5 cm. Sedangkan akrilik digunakan untuk dinding dari mesin penyejuk udara mempunyai tebal 0,3 cm. Gambar 3.3 menunjukkan gambar papan kayu dan akrilik yang dipergunakan di dalam pembuatan mesin penyejuk udara.
Gambar 3.3 Papan kayu dan Akrilik
b. Styrofoam
Bahan ini digunakan untuk mlapisi bagian dalam mesin penyejuk guna mencegah masuknya kalor dari luar ke dalam mesin penyejuk dikarenakan
Gambar 3.4 stryrofoam c. Roda
Roda digunakan sebagai alat bantu untuk mempermudah pada saat memindahkan mesin penyejuk udara.
Gambar 3.5 Roda
d. Kompresor
Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan refrigeran yang mengalir dalam
unit mesin pendingin. Kompresor yang digunakan adalah kompresor hermatik jenis torak. Pada kompresor ini dipergunakan sambungan las sehingga kedap udara. Pada kompresor hermatik rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor listriknya tidak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor. Kompresor hermatik, seri kompresor : fuji-kobe sr43 no1090324, daya kompresor : 97 watt (1/8 PK), voltase : 220-240 v; 50 Hz, arus listrik : 0,75A. Gambar 3.6 Kompresor hermatik jenis torak
Gambar 3.6 Kompresor hermatik jenis torak
e. Kondensor
Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas refrigeran dari fase gas panas lanjut menjadi wujud cair. Yang digunakan untuk mesin penyejuk udara ini adalah kondensor jenis Natural Draught Condenser. Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi bebas atau konveksi alami. Aliran udara berlangsung karena adanya beda jenis massa dari udara.
Ketika udara panas massa jenisnya ringan dan ketika udara dingin massa jenisnya lebih berat. Kondensor tipe U dengan jari-jari penguat dengan jumlah U 12, panjang: 92 cm, lebar: 46 cm, diameter pipa: 5 mm, bahan kondensor: besi. Gambar 3.7 Kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat
Gambar 3.7 Kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat
f. Evaporator
Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator yaitu berupa yaitu dari benda atau dari udara di dalam evaporator mesin pendingin. Hal tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur lingkunganya, sehingga kalor dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Yang
digunakan dalam mesin penyejuk udara adalah evaporator jenis pipa bersirip. Panjang evaporator: 36 cm, lebar: 20 cm, diameter pipa: 9,30 mm, banyak sirip: 62, bahan pipa: tembaga, bahan sirip: aluminium. Gambar 3.8 menyajikan gambar evaporator yang dipergunakan pada mesin penyejuk udara.
Gambar 3.8 Evaporator jenis pipa bersirip g. Thermostat
Thermostat adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu
udara yang ada dalam ruangan evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja kompresor. Jika suu udara sudah sama dengan suhu yang di set pada thermostat, kompresor akan mati. Kompresor akan hidup kembali apabila suhu ruangan sudah naik melampaui suhu yang sudah di set pada thermostat h. Filter
Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, refrigeran yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian refrigeran yang telah melewati filter menjadi lebih bersih sehingga proses proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. Jika tidak ada filter, kotoran akan masuk dalam pipa kapiler dan dapat membuat pipa kapiler menjadi tersumbat dan menyebabkan sistem menjadi tidak
bekerja. Oleh sebab itu filter dipasang sebelum pipa kapiler. Panjang filter : 8 cm, diameter filter : 1,9 cm, dan bahan filter : tembaga. Gambar 3.9 Filter.
Gambar 3.9 Filter
i. Pressure Gauge
Pressure Gauge digunakan untuk mengukur tekanan kerja refrigeran dalam siklus
kompresi uap, pengukuran tekanan kerja kondensor dan tekanan kerja evaporator. Gambar 3.10 Pressure Gauge
Gambar 3.10 Pressure Gauge j. Refrigeran
Refrigeran adalah fluida kerja yang digunakan pada mesin siklus kompresi uap. Refrigeran berfungsi untuk menyerap atau melepas kalor dari lingkungan sekitar. Jenis fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah R 134a. Gambar 3.4 Refrigeran R134a
Gambar 3.11 Refrigeran R134a
3.4.3 Alat Bantu dalam Penelitian
Dalam proses pengambilan data diperlukan alat bantu untuk melakukan penelitian, berikut alat-alat penelitian yang dipakai:
a. Thermokopel dan Penampil suhu digital
Termokopel berfungsi untuk mengetahui suhu ditempat yang diinginkan pada saat mesin penyejuk udara bekerja. Cara kerjanya adalah dengan meletakkan atau menempelkan bagian ujung dari termokopel pada tempat yang ingin diukur suhunya. Suhu akan terlihat pada layar penampil suhu digital. Sebelum digunakan termokopel dikalibrasi terlebih dahulu untuk mendapatkan nilai yang lebih akurat. Gambar 3.12 Penampil suhu digital dan thermokopel
