KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN
VARIASI
ICE PACKSKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
TRIYANA WAHYUDIANTA NIM : 135214108
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
i
KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN
VARIASI
ICE PACKSKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
TRIYANA WAHYUDIANTA NIM : 135214108
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
THE CHARACTERISTIC OF AIR CONDITIONING WITH
ICE PACK VARIATION
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
TRIYANA WAHYUDIANTA Student Number : 135214108
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
ABSTRAK
Kebutuhan masyarakat akan mesin penyejuk udara semakin hari semakin meningkat. Tujuan penelitian terhadap mesin penyejuk udara dengan menggunakan siklus kompresi uap ini adalah (1) merancang dan merakit mesin penyejuk udara sederhana yang terdiri dari mesin pendingin dan ice pack (2) mengetahui karakteristik dari mesin pendingin siklus kompresi uap, meliputi : COPaktual, COPideal dan Efisiensi mesin penyejuk udara (3) mengetahui lamanya waktu suhu udara berada dibawah 25 oC dengan berbagai variasi ice pack.
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 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 20 ice pack dengan ukuran ice pack: 25 cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada freezer bersuhu -20 ºC selama 12 jam (9) mempergunakan kipas angin berdaya: 30 watt, dengan ukuran sudu kipas : 200 mm (10) semua komponen komponen utama mesin pendingin dan ice pack, diperoleh dipasaran. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah ice pack: tanpa ice pack, 10 ice pack , dan 20 ice pack.
Mesin penyejuk udara berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (1) Variasi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack merupakan variasi terbaik dan mampu menghasilkan suhu udara yang sejuk selama 360 menit, suhu awal yang dihasilkan adalah 9,4 ºC dan mampu bertahan sampai menit ke 360 dengan suhu akhir 24,8 ºC (b) hasil karakteristik mesin penyejuk udara tanpa ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,45; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,49; (c) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,30; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,28; (d) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,39; rata-rata nilai COPideal sebesar 4.31;
viii
ABSTRACT
People’s need of air conditioner keeps increasing everyday. The objectives of this research are : (1) designing and assembling a simple air conditioner consisting coolant engine and ice pack (2) knowing the characteristic of air conditioner with cycle steam compression, including : COPactual , COPideal, and the efficiency of air conditioner (3) to know the duration of temperature under 25oC in several ice-pack variations.
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 and ice pack (2) the main components of cycle steam compression including: compressor, evaporators, condenser, and capillary tube (3) compressor power: 1/8pk, 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 in -20°C within 12 hours (9) using fan powered: 50 watt, the size of the convex blade of the fan: 200mm (10) all the main components of the air conditioner and the ice pack were obtained in markets. The research had been done by varying the amount of ice pack: without ice pack, 10 ice packs, and 20 ice packs.
The air conditioner was successfully created and worked well. The result of the researches give some conclusions (1) air conditioner with 20 ice packs is the best variation. It can produce cool temperature starting from 9,4°C lasted in 24,8°C within 360 minutes (b) air conditioner without ice pack: average value of COPactual is 3,45 : average value of COP ideal is 4,49 : (c) using 10 ice packs : average value of COPactual is 3,30 : average value of COPideal is 4,28 : (d) using 20 ice packs: average value of COPactual 3,39 : average value of COPideal is 4,31 :
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 variasi 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.
3. Wibowo Kusbandono S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Prodi
Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi.
5. Jemina dan Wahyuningsih, selaku orang tua penulis yang telah memberi
x
6. Yemi Eka dan Dian Arum, selaku kakak penulis yang telah memberikan
motivasi dan dukungan kepada penulis.
7. Yuga Indrawan, Frischo Allesandro, dan Fransiskus Sonny, selaku teman
kelompok Skripsi mesin penyejuk udara, atas kerjasamanya selama penelitian
Skripsi.
8. Valentina Kurnia Palupi Sumarno 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 selama empat
tahun 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.
Yogyakarta, 27 Juli 2017
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL………. i
TITLE PAGE………. ii
HALAMAN 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………. xviii
BAB I PENDAHULUAN……….. 1
1.1 Latarbelakang………..……….. 1
1.2 Rumusan masalah………. 2
1.3 Tujuan penelitian……….…….…… 2
1.4 Batasan masalah……….... 3
1.5 Manfaat penelitian………... 4
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA………….... 5
xii
2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin……… 5
2.1.2 Siklus kompresi uap………... 6
2.1.3 Perhitungan pada siklus kompresi uap………... 10
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 Kipas...………...
14 14 18 20 22 22 23 24
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 mesin pendingin dan ice-pack
24
25
27
29
2.2 Tinjauan Pustaka………... 31
BAB III METODE PENELITIAN……….... 34
3.1 Objek Penelitian……….………... 30
3.2 Variasi Penelitian…………..……..…...…..…..…..…... 35
xiii
3.4 Alat dab Bahan Penelitian…..…..…..…..…..…..…..…... 37
3.4.1 Alat………..… 37
3.4.2 Bahan……….. 38
3.4.3 Alat Bantu dalam Penelitian ………..…..…..… 44
3.5 Proses Pembuatan Mesin Penyejuk udara……….… 45
3.5.1 Proses Pengisan Refrigeran………..…..…. 47
3.5.2 Skematik Pengambilan Data…..…..…..…..…..…... 49
3.5.3 Langkah-langkah pengambilan data…..…..…..…... 52
3.5.4 Cara Mengolah Data…..…..….………..…… 53
3.5.5 Cara mendapatkan Kesimpulan...…………..………. 54
BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN………..…..…..…..…..…..…..…..… 55 4.1 Hasil penelitian………. 55
4.2 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor……. 58
4.3 Perhitungan dan pengolahan data..………... 60
4.4 Hasil perhitungan……….. 64
4.5 Pembahasan……...……….……….. 4.5.1 Mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack……….…..…..…..…..…..…..…..… 4.5.2 Mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack….. 4.5.3 Mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack….. 65 65 70 75 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….. 81
xiv
5.2 Saran…………...…….………. 81
DAFTAR PUSTAKA…...………...………...………...………...………. 83 LAMPIRAN……….. 84
A. Foto alat yang digunakan dalam penelitian…………... 84
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 ... 7
Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-S …..…..…...…... 8
Gambar 2.5 Kompresor open type………..….... 15
Gambar 2.6 Kompresor scroll ………... 16
Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik..………..…... 17
Gambar 2.8 Kompresor hermatik …..…..….………... 17
Gambar 2.9 Natural Draught Condensor…………..………..……..…... 19
Gambar 2. 10 Force Draught Condensor………... 19
Gambar 2. 11 Evaporator jenis pipa dengan sirip………... 21
Gambar 2. 12 Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat ………. 21
Gambar 2. 13 Evaporator jenis plat………... 21
Gambar 2.14 Pipa kapiler……….... 22
Gambar 2.15 Filter………... 23
Gambar 2.16 Thermostat………... 24
Gambar 2.17 Kipas ………...………... 24
Gambar 2.18 Psychrometric chart………... 25
Gambar 2.19 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric chart 27 Gambar 2.20 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara…….. 30
Gambar 3. 3.1 Skematik mesin penyejuk udara………... 34
xvi
Gambar 3.3 Papan kayu dan Akrilik……….... 39
Gambar 3.4 Roda ……… 39
Gambar 3.5 Kompresor ……….... 40
Gambar 3.6 Kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat……….. 41
Gambar 3.7 Evaporator jenis pipa bersirip ………... 42
Gambar 3.8 Filter……….. 42
Gambar 3.9 Pressure Gauge…….………... 43
Gambar 3.10 Refrigeran R 134a ………. 43
Gambar 3.11 Penampil suhu digital dan thermokopel………... 44
Gambar 3.12 Hygrometer……….... 45
Gambar 3 13 Stopwacth……….….….…... 45
Gambar 3.14 Rancangan mesin penyejuk udara………... 46
Gambar 3.15 Pengelesan sambungan pipa-pipa kapiler………... 46
Gambar 3.16 Pengisian Refrigeran R134a ………..……... 49
Gambar 3.17 Skematik pengambilan data ………... 50
Gambar 4.1 Diagram p-h R134a Mesin penyejuk udara tanpa... menggunakan ice pack pada menit (t) ke 120
60
Gambar 4.2 Grafik Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara tanpa... menggunakan ice pack dari waktu ke waktu
65
Gambar 4.3 Grafik laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara... tanpa ice pack dari waktu ke waktu
67
Gambar 4.4 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara tanpa... tanpa ice pack dari waktu ke waktu
67
Gambar 4.5 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara tanpa menggunakan...
Ice pack dari waktu ke waktu
68
Gambar 4.6 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa... menggunakan ice pack dari waktu ke waktu
xvii
Gambar 4.7 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara ... menggunakan10 ice pack dari waktu ke waktu
70
Gambar 4.8 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara... menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu
72
Gambar 4.9 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara... menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu
72
Gambar 4.10 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice.... pack dari waktu ke waktu
73
Gambar 4.11 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara…... menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu
74
Gambar 4.12 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack dari waktu ke waktu
75
Gambar 4.13 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara... menggunakan 20 ice pack dari waktu ke waktu
77
Gambar 4.14 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara... menggunakan 20 ice pack dari waktu ke waktu
77
Gambar 4.15 Grafik efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice.. pack dari waktu ke waktu
78
Gambar 4.16 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara... menggunakan 20 ice pack dari waktu ke waktu
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Variasi Penelitian ………...…... 34
Tabel 3.2 Tabel yang digunakan untuk mencatat data penelitian ………... 51
Tabel 4.1 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara tanpa ice pack……... 55
Tabel 4.2 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice.
pack
56
Tabel 4.3 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice
pack
56
Tabel 4.4 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara
tanpa menggunakan ice pack
57
Tabel 4.5 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara
menggunakan 10 ice pack
58
Tabel 4.6 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara
menggunakan 20 ice pack
58
Tabel 4.7 Nilai entalpi mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice...
pack
59
Tabel 4.8 Nilai entalpi mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack.. 59
Tabel 4.9 Nilai entalpi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack... 59
Tabel 4.10 Keterangan dari diagram P-h…... 61
Tabel 4.11 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa... menggunakan ice pack
64
Tabel 4.12 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa... menggunakan ice pack…
64
Tabel 4.13 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa ... menggunakan ice pack
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara berkembang yang sekarang sedang
dalam masa pembangunan. Di setiap daerah banyak dilakukan pembangunan baik
itu infrastruktur maupun manufaktur. Semua ini dilakukan untuk negara yang maju,
meningkatkan kesejahteraan rakyat, dan meningkatkan kualitas manusia Indonesia
yang diperlengkapi dengan semua syarat yang diperlukan untuk menjalankan
pembangunan di Indonesia sehingga dapat bersaing dengan negara lain.
Dewasa ini mesin penyejuk udara sangat dibutuhkan di kehidupan sehari
hari. Kebutuhan masyarakat akan penyejuk udara semakin hari semakin meningkat.
Di setiap tempat ditemui pemakaian penyejuk udara, baik di tempat umum, di
mall-mall, di supermarket, di bank, di rumah sakit, di perkantoran, di sekolah-sekolah
dan perguruan tinggi, di hotel, di gedung olahraga, di gedung kesenian ,di
perumahan, di perusahan, ataupun pada alat transportasi. Berbagai macam penyejuk
udara ada di pasaran, dari berdaya kecil sampai berdaya besar. Namun demikian,
selalu ada kelebihan dan kekurangan dari setiap mesin penyejuk udara yang ada.
Kekurangan mesin penyejuk udara yang ada di pasaran saat ini adalah masih
memerlukan daya listrik yang cukup besar untuk bekerjanya. Penggunaan mesin
penyejuk udara masih didominasi masyarakat kelas ekonomi menengah atas.
masalah soaial. Bagaimanakah merancang mesin penyejuk udara berdaya kecil,
agar masyarakat kelas ekonomi menengah ke bawah ikut juga menikmati kehadiran
mesin mesin penyejuk udara ini?
Dengan memahami masih ada kekurangan pada mesin pendingin udara,
maka penulis tertantang untuk mendapatkan mesin penyejuk udara yang
menggunakan daya rendah namun menghasilkan efisiensi sebanding dengan daya
yang dikeluarkan. Berangkat dari persoalan tersebut, penulis melakukan penelitian
dengan topik tersebut.
1.2 Rumusan Masalah
Kebutuhan mesin pendingin ruangan seperti mesin penyejuk udara sekarang
ini semakin meningkat. Penggunaan mesin penyejuk udara yang selama ini
dipergunakan masih memerlukan daya yang cukup besar. Oleh sebab itu,
diperlukan suatu inovasi mesin penyejuk udara yang membutuhkan daya yang
rendah, lebih sederhana dan lebih praktis penggunaanya. Bagaimanakah merancang
penyejuk ruangan yang lebih sederhana dan berdaya rendah untuk menyelesaikan
persoalan ini?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Merancang dan merakit mesin penyejuk udara sederhana yang terdiri dari mesin
b. Mengetahui karakteristik mesin pendingin siklus kompresi uap yang
dipergunakan di dalam mesin penyejuk udara, meliputi : besarnya nilai
COPactual, COPideal dan efisiensi.
c. Mengetahui lamanya waktu suhu udara berada dibawah 25 oC dengan berbagai variasi Ice Pack.
1.4 Batasan Masalah
Batasan batasan yang diambil dalam pembuatan mesin penyejuk udara,
yaitu :
a. Mesin penyejuk udara terdiri atas mesin pendingin yang bekerja dengan siklus
kompresi uap dan ice-pack.
b. Komponen utama mesin siklus kompresi uap meliputi kompresor, evaporator,
kondensor, dan pipa kapiler.
c. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar 1/8 HP, ukuran komponen utama
yang lain, besarnya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
d. Komponen utama siklus kompresi uap yang dipakai pada mesin pendingin
merupakan komponen standar yang ada di pasaran.
e. Fluida kerja dari siklus kompresi uap adalah R134a.
f. Mesin penyejuk udara mempergunakan ice pack yang didapat di pasaran,
dengan berat 0,2 kg dan ukuran 25 cm x 14 cm x 1,5 cm.
g. Mempergunakan kipas angin berdaya 30 watt.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang penyejuk udara berdaya listrik
rendah.
b. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi dalam pembuatan
penyejuk udara bagi para pembuat.
c. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai acuan bagi para peneliti lain untuk
dapat merancang mesin penyejuk udara dengan kemampuan kerja yang lebih
baik.
d. Dihasilkan teknologi tepat guna berupa mesin penyejuk udara berdaya listrik
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin
Mesin pendingin adalah peralatan yang berfungsi untuk memindahkan
kalor dari dalam ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor dari lingkungan
bersuhu rendah kemudian dipindahkan ke lingkungan bersuhu tinggi. Mesin
pendingin yang mempergunakan siklus kompresi uap mempunyai komponen
utama yang terdiri dari empat bagian yaitu : kompresor, evaporator, kondensor,
dan katup ekspansi atau pipa kapiler. Fluida yang dipergunakan pada siklus
kompresi uap dinamakan dengan refrigeran. Gambar 2.1 menunjukkan prinsip
dasar kerja mesin pendingin.
Mesin pendingin telah digunakan dalam banyak hal. Diantaranya sebagai
pengawet bahan makanan ( kulkas, freezer, cold storage, dll ), pengawet minuman
(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 refigerasi, yang paling umum digunakan
adalah refrigerasi 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 Utama Komponen Siklus Kompresi Uap Kondensor
Kompresor Pipa Kapiler
1
2 3
4
Evaporator Qout
Win
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 didalam 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
P1
3
1 2
4 1a
2a 3a
P
h
h3= h4 h1 h2
Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s
Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap (terjadi pada Gambar
2.3 dan Gambar 2.4) adalah (a) proses kompresi, (b) proses desupa heating, (c)
proses kondensasi, (d) proses pendingin lanjut, (e) proses penurunan tekanan, (f)
proses penurunan tekanan, (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 penurunan suhu gas panas lanjut menjadi gas jenuh (proses 2-2a) 3
1 2
4 1a
2a 3a
T
S Qout
Win
Qin
Te
mper
atur
Proses pendinginan dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh 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 terjadi pada tahap 3a – 3. Proses pendinginan
lanjut merupakan proses penurunan suhu refrigeran dari keadaan refrigeran cair.
Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini diperlukan agar kondisi
refrigeran yang keluar dari kondensor benar – benar berada dalam fase cair, 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. Sehingga
suhu dari refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa
f. Proses penguapan ( 4 – 1a)
Proses evaporasi 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 refriegeran
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 titik 1-2 dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1)
1
2
h
h
W
in
(2.1)Pada Persamaan (2.1) :
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) :
Qout :energi kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa refrigeran
(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
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 disetiap evaporator dengan kerja yang yang diberikan evaporator.
Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator dibagi kerja kompresi,
dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) :
1 2 4 1 h h h h W Q COP in in a ktua l
(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) berikut ini :
eva p cond eva p idea l
T
T
T
COP
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)
Efisiensi mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.6)
% 100
idea l a ktua l 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)
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).
Win : kerja yang dilakukan kompresor (J/kg).
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. Dari cara kerja mensirkulasikan refrigeran,
kompresor dapat dikalsifikasikan 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
ujung poros engkol keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi perapat agar
[image:34.595.93.510.176.626.2]refrigeran tidak bocor keluar.
Gambar 2.5 Kompresor open type
Sumber: https://hvactutorial.files.wordpress.com/2012/03/bitzer-open-type-reciprocating-compressor.jpg
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
orbit. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran hisap oleh scroll dan
dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya pada pusat orbit dari scroll
[image:35.595.87.515.197.648.2]tersebut.
Gambar 2.6 Kompresor scroll
Sumber: https://setuabadiacpart.files.wordpress.com/2016/03/compresor-ac-11.jpg?w=243
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 kontruksi semi hermetik bagian kompresor dan elektro motor
masing-masing berdiri sendiri dalam keadaan terpisah. Untuk menggerakan
kompresor poros motor listrik dihubungkan dengan poros kompresornya
Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik
Sumber:http://2.bp.blogspot.com/sl8_Yn4HlMw/VUL38Y158BI/AAAAAAAAT 8/xjnMKDKCqLg/s1600/pkl.png
f. Kompresor Hermatik
Pada dasarnya, kompresor hermetic 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 hermetic, rumah kompresor dibuat
dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor
listriknya tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor.
Gambar 2.8 Kompresor Hermatik Sumber :
2.1.4.2 Kondensor
Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas
refrigeran pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor yang
banyak digunakan pada teknologi saat ini adalah kondensor dengan pendingin
udara. Kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak
memerlukan perawatan khusus. Saat mesin pendingin bekerja, kondensor akan
terasa hangat bila dipegang. Agar proses perubahan wujud yang diinginkan ini
dapat terjadi, maka kalor atau panas yang ada dalam gas refrigeran yang
bertekanan tinggi harus dibuang keluar dari sistem. Kondensor mempunyai fungsi
melepaskan panas yang diserap refrigeran di evaporator dan kerja kompresor
selama proses kompresi. Dilihat dari sisi media yang digunakan kondensor dapat
dibedakan 2 macam yaitu:
a. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)
Air cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan udara sebagai
media pendingin. Air cooled codenser mempunyai dua tipe yaitu : (1) Natural
Draught condenser (2) force Draught condenser.
1. Natural Draught Condenser
Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi
bebas atau konveksi alami. Aliran udara berlangsung karenanya adanya beda
massa jenis. Pada proses ini ada peralatan tambahan yang dipergunakan untuk
menggerakan aliran udara . Kondensor jenis ini dapat ditemui pada kondensor
Gambar 2.9 Natural Draught Condensor
Sumber : https://image.slidesharecdn.com/lec-202-28condenser-29-20dis-202011-
130727113717-phpapp02-160419135229/95/lec- 20228condenser2920dis202011130727113717phpapp02-8-638.jpg?cb=1461074060
2. Force Draught Condenser
Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi
paksa. Aliran udara berlangsung karena adanya kipas udara atau blower. Jenis ini
ditemui pada mesin kulkas dua pintu maupun pada mesin AC.
Gambar 2.10 Force Draught Condensor
[image:38.595.87.511.101.728.2]b. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)
Water cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan air sebagai
media pendinginnya. Menurut proses aliran yang ada pada kondensor ini terbagi
menjadi dua jenis yaitu :
1. Wate Water System
Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan
kondensor, diambil dari pusat-pusat air kemudian dialirkan melewati kondensor
setelah itu air dibuang keluar dan tidak dipergunakan lagi.
2. Recirculating Water System
Suatu sistem dimana air yang di pergunakan untuk mendinginkan
kondensor dan telah meninggalkan kondensor disalurkan ke dalam cooling tower,
untuk diturunkan temperaturnya sesuai pada temperatur yang dikehendaki.
Selanjutnya air dipergunakan lagi dan di beri kembali ke kondensor.
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
Gambar 2.11 Evaporator jenis pipa dengan sirip
Sumber : http://i01.i.aliimg.com/img/pb/902/981/204/1209432123420jpg.jpg
Gambar 2.12 Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat
Sumber:http://image-in-china.com/4f0j00ivlaCZtjCGgd/WOT-Evaporator=Wire-Tube-Evaporator-Refrugerator-Evaporator-.jpg
Gambar 2.13 Evaporator 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
[image:41.595.85.510.233.602.2]kompresor pada waktu start, karena tekanan kondensor dan evaporator sama.
Gambar 2.14 Pipa kapiler
Sumber:
http://1.bp.blogspot.com/.kRccdAf_lx8/VKYqUTGkYUI/AAAAAAAAAUg/He RwRNrm5Mw/s1600/pipa%2Bkapiler.gif
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
Gambar 2.15 Filter Sumber:
http://4.bp.blogspot.com/.PITAzm8Obio/VgX8BY8KnuI/AAAAAAAAAOQ/Nc VICPl7Xk4/s1600/filter.jpg
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
sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN,
kompresor akan bekerja kembali.
Gambar 2.16 Thermostat
2.1.4.7 Kipas
Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling atau sudu-sudu. Kipas
ini berfungsi untuk mengalirkan udara. Udara yang dihembuskan oleh kipas akan
mempercepat proses perpindahan kalor.
Gambar 2.17 Kipas
2.1.5 Psychrometric chart
Psychrometric chart merupakan grafik termodinamis udara yang
digunakan untuk menentukan properti-properti dari udara pada kondisi tertentu .
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 2.18.
Gambar 2.18 Psychrometric chart
a. Dry-bulb Temperature (Tdb)
Dry-bulb Temperatur adalah suhu udara pada keadaan kering yang
diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb
yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terdapat dibagian bawah
Psychrometric chart.
b. Wet-bulb Temperature (Twb)
Wet-bulb Temperature adalah suhu udara pada keadaan kering 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
Psychrometric chart.
e. Relative Humidity (%RH)
Relative Humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung dalam
1m3 dengan jumlah air maksimum yang dapat terkandung dalam 1m3 dalam bentuk persentase.
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 dapatdilihat seperti pada Gambar 2.19.
Gambar 2.19 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric chart
a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify)
Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify)
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.
c. Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidify)
Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidify)
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,
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 dan ice-pack
Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara dalam
sensible cooling, (b) Proses pendinginan dan penurunan kelambaban atau cooling
and dehumidifying, (c) Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban atau
heating and humidify
Gambar 2.20 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara
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
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.
2.1.6 Tinjauan Pustaka
Galuh. R. W (2013) melakukan penelitiannya tentang Penggunaan
Refrigeran R22 Dan R134a pada Mesin Pendingin. Dikatakan refrigeran memiliki
sifat karakteristik yang berbeda yang mempengaruhi efek refrigerasi dan
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, Heroe (2015) melakukan penelitian untuk menganalisis
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
34
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Objek yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin penyejuk udara
sistem kompresi uap dengan 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
[image:53.595.83.510.230.709.2]penyejuk udara.
Keterangan pada Gambar 3.1:
a. Kompresor
b. Kipas
c. Ice-pack
d. Evaporator
e. Kondensor
f.
Pipa kapilerg. Pressure Gauge tekanan rendah
h. Pressure Gauge tekanan tinggi
i. Saluran udara penyejuk
3.2 Variasi Penelitian
Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah ice-pack yang
digunakan. Tabel 3.1 menyajikan variasi yang dilakukan.
Tabel 3.1 Variasi Penelitian
No Variasi penelitian
1 Tanpa menggunakan ice pack
2 Dengan menggunakan 10 ice pack
3 Dengan menggunakan 20 ice pack
3.3 Alur Penelitian
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
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, 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. Meteran dan Mistar
Meteran dan mistar digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tinggi
bahan yang akan digunakan dalam membuat mesin penyejuk udara.
c. Pisau cutter
Pisau cutter digunakan untuk memotong suatu benda. Digunakan untuk
memotong akrilik dan lakban.
d. Tang
Tang kombinasi digunakan untuk memotong, menarik dan mengikat kawat
agar bagian tertentu pada mesin penyejuk udara.
e. Tube expander
Tube expander atau pelebar pipa berfungsi untuk mengembangkan ujung
pipa tembaga agar sambungan antar pipa lebih baik dan mempermudah proses
f. Gas las Hi-cook
Peralatan las digunakan untuk menyambung pipa kapiler dan sambungan
pipa-pipa tembaga komponen lainnya mesin penyejuk udara.
g. Metil
Metil adalah cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran-saluran
pipa kapiler. Pemakaian yaitu sebanyak 1 tutup botol metil.
h. 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.
i. 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
antara lain, adalah sebagai berikut:
a. Papan kayu dan akrilik
Papan kayu digunakan sebagai alas penyangga kompresor, tebal papan
penyejuk udara mempunyai tebal 0,3 cm. Gambar 3.3 menunjukan gambar papan
kayu dan akrilik yang dipergunakan di dalam pembuatan mesin penyejuk udara.
Gambar 3.3 Papan kayu dan Akrilik
b. Roda
Roda digunakan sebagai alat bantu untuk mempermudah pada saat
memindahkan mesin penyejuk udara.
Gambar 3.4 Roda
Sumber: http://tokorodajaya.com/56-126-large/roda-karet-medium-duty-ranger-hidup.jpg
c. Kompresor
Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang
berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan refrigeran yang mengalir
hermatik. Pada kompresor ini dipergunakan sambungan las sehingga rapat udara.
Pada kompresor hermatik rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan
las, sehinnga 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 3.5 Kompresor
d. 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,
Gambar 3.6 Kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat
e. 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 3.7 menyajikan gambar
Gambar 3.7 Evaporator jenis pipa bersirip
f. Thermostat
Thermostat adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu
dalam ruangan evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja
kompresor.
g. 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.
h. Kipas
Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling atau sudu-sudu. Kipas ini
berfungsi untuk mengalirkan udara. Udara yang dihembuskan oleh kipas akan
mempercepat proses perpindahan kalor. Diameter kipas 200 mm, jumlah blade 5,
voltase : 220-240 v dan daya listrik 30 watt.
i. Pressure Gauge
Pressure Gauge digunakan untuk mengukur tekanan kerja refrigeran
dalam siklus kompresi uap, pengukuran tekanan kerja kondensor dan tekanan
kerja evaporator.
Gambar 3.9 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.
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 3.11 Penampil suhu digital dan thermokopel
b. Hygrometer
Hygrometer digunakan untuk mengukur kelembaban udara dan suhu udara.
Hygrometer dapat digunakan untuk mengetahui suhu udara kering dan suhu udara
basah karena ada thermometer kering dam thermometer basahnya. Kondisi bulb
dibasahi dengan air untuk termometer yang dipergunakan mengukur suhu udara
basah, dan tidak dibasahi air untuk yang dipergunakan mengukur suhu udara
Gambar 3.12 Hygrometer
c. Stopwatch digital
Stopwatch digital digunakan untuk mengukur lama waktu dalam melakukan
pengujian mesin penyejuk udara. Lama waktu yang dibutuhkan dalam setiap
pengambilan data adalah setiap 15 menit sekali, sampai suhu udara keluaran
setara dengan suhu ruangan.
Gambar 3.13 Stopwacth
Sumber: https://www.saturnstopwatches.co.uk/55-thickbox_default/fastime-01-stopwatch.jpg
3.5 Proses Pembuatan Mesin Penyejuk Udara
Dalam merancang mesin penyejuk udara, desain dilakukan dengan proses
manual dan sederhana. Hal - hal yang dilakukan adalah :
a. Memotong besi L berlubang dengan ukuran 100 cm dan 50 cm sebagai
b. Memotong styrofoam sebagai alas pada ruang ice-pack agar dapat bertahan
lama (tidak mudah mencair).
c. Memotong akrilik sebagai bahan kotak dari mesin penyejuk udara.
d. Pemasangan komponen dasar mesin penyejuk udara, seperti : kompresor,
kondensor, evaporator, pipa kapiler, manifold gauge (pressure gauge) serta
komponen-komponen lainya.
Gambar 3.14 Rancangan mesin penyejuk udara
e. Pengelasan sambungan-sambungan antar pipa-pipa kapiler.
f. Pengisian refrigeran R134a (freon)
g. Pengecekan kebocoran refrigeran (freon) pada setiap sambungan pipa-pipa
kapiler.
h. Pemasangan kelistrikan kipas pada mesin penyejuk udara.
i. Pengecekan ulang.
3.5.1 Proses Pengisian Refrigeran
Sebelum melakukan pengisian refrigeran ada beberapa proses yang perlu
dilakukan antara lain (a) proses pemetilan, (b) proses pemvakuman dan (c) proses
pengisian refrigeran R 134a. Adapun penjelasannya sebagai berikut:
a. Proses pemetilan
