ABSTRAK
Air aki adalah sebuah komponen utama kelistrikan pada kendaraan bermotor. Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik. Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) Merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap yang menggunakan peralatan pipa pencurah air dan mengetahui nilai tertinggi COPaktual, COPideal dan efisiensi, (b) Mengetahui nilai tertinggi kelembaban spesifik (Δw) pada mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap, (c) Mengetahui jumlah air yang dihasilkan perjam dari mesin penghasil air aki. Penelitian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Mesin penghasil air aki bekerja dengan siklus kompresi uap. Komponen utama mesin siklus kompresi uap adalah : kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaoprator dengan menggunakan fluida kerja R22a.
Mesin dirancang dengan ukuran p x l x t : 190cm x 75cm x 90cm. Penelitian dilakukan dengan variasi : (a) kipas off dan pancuran air off, (b) kipas on dan pancuran air on, (c) kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air, (d) kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air, (e) kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air. dengan pancuran air dapat menghasilkan air sebanyak 1840 ml dan waktu 60 menit untuk kondisi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air dapat menghasilkan air sebanyak 1846,7 ml.
ABSTRACT
Accu water is a main electricity component in a motor vehicle. Accu can convert chemical power into electrical one. The purposes of this research are: (a) To design and assemble accu water producing machine with steam compression cycle that use water outpouring pipe and knowing the highest value of COPaktual, COPideal and efficiency. (b) To know the highest value of specific humidity (Δw) in the accu water producing machine with steam compression cycle. (c) To know how much water produced each hour from the accu water producing machine. The research was done in Heat Transfer Laboratory, Mechanical Engineering Department of Sanata Dharma University, Yogyakarta. The accu water producing machine worked with steam compression cycle. The main components of steam compression cycle machine are compressor, condenser, capillary pipe, evaporator using R-22a working fluid
The machine was designed by with the size L x W x H : 190cm x 75cm x 90cm. The research was done with this following variation: (a) the fan off while the water shower off, (b) the fan on while the water shower on, (c) the fan and the water shower on/off every 5 minutes, (d) the fan and the water shower on/off every 10 minutes, (e) the fan and the water shower on/off every 15 minutes.
The accu water producing machine is successfully made and it works well. With the time span of 60 minutes while the fan and the water shower off, the machine can produce 1253.3 ml of accu water. While both the fan and the water shower are on, the machine can produce 1706.7 ml of accu water. When the fan and the water shower on/off every 5 minutes the machine produce 1806.7 ml of accu water, when the fan and the water shower on/off every 10 minutes the machine produce 1840 ml ml of accu water. Lastly, when the fan and the water shower on/off every 15 minutes the machine is producing 1846.7 ml of accu water.
Keywords : Accu Water Producing Machine, Steam Compression Cycle,
MESIN PENGHASIL AIR AKI DENGAN SIKLUS KOMPRESI
UAP MENGGUNAKAN PERALATAN CURAH AIR
DARI PIPA PVC DENGAN JARAK ANTAR
LUBANG PIPA 25 MM
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
THOMAS ADITYA YOGY EKAPUTRA
NIM : 135214017
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
MACHINE THAT PRODUCES ACCU WATER WITH STEAM
COMPRESSION CYCLE USING WATER FLOW
EQUIPMENT FROM PVP THAT HAS
25 MM INTER-HOLE DISTANCE
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
THOMAS ADITYA YOGY EKAPUTRA Student Number : 135214017
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
ABSTRAK
Air aki adalah sebuah komponen utama kelistrikan pada kendaraan bermotor. Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik. Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) Merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap yang menggunakan peralatan pipa pencurah air dan mengetahui nilai tertinggi COPaktual, COPideal dan efisiensi, (b) Mengetahui nilai tertinggi kelembaban spesifik (Δw) pada mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap, (c) Mengetahui jumlah air yang dihasilkan perjam dari mesin penghasil air aki. Penelitian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Mesin penghasil air aki bekerja dengan siklus kompresi uap. Komponen utama mesin siklus kompresi uap adalah : kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaoprator dengan menggunakan fluida kerja R22a.
Mesin dirancang dengan ukuran p x l x t : 190cm x 75cm x 90cm. Penelitian dilakukan dengan variasi : (a) kipas off dan pancuran air off, (b) kipas on dan pancuran air on, (c) kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air, (d) kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air, (e) kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air.
Mesin penghasil air aki berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Dengan rentang waktu selama 60 menit untuk kondisi kipas off dan pancuran air off dapat menghasilkan air sebanyak 1253,3 ml, waktu 60 menit untuk kondisi kipas on dan pancuran air on dapat menghasilkan air sebanyak 1706,7 ml, waktu 60 menit untuk kondisi kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air dapat menghasilkan air sebanyak 1806,7 ml, waktu 60 menit untuk kondisi kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air dapat menghasilkan air sebanyak 1840 ml dan waktu 60 menit untuk kondisi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air dapat menghasilkan air sebanyak 1846,7 ml.
viii
ABSTRACT
Accu water is a main electricity component in a motor vehicle. Accu can convert chemical power into electrical one. The purposes of this research are: (a) To design and assemble accu water producing machine with steam compression cycle that use water outpouring pipe and knowing the highest value of COPaktual, COPideal and efficiency. (b) To know the highest value of specific humidity (Δw) in the accu water producing machine with steam compression cycle. (c) To know how much water produced each hour from the accu water producing machine. The research was done in Heat Transfer Laboratory, Mechanical Engineering Department of Sanata Dharma University, Yogyakarta. The accu water producing machine worked with steam compression cycle. The main components of steam compression cycle machine are compressor, condenser, capillary pipe, evaporator using R-22a working fluid
The machine was designed by with the size L x W x H : 190cm x 75cm x 90cm. The research was done with this following variation: (a) the fan off while the water shower off, (b) the fan on while the water shower on, (c) the fan and the water shower on/off every 5 minutes, (d) the fan and the water shower on/off every 10 minutes, (e) the fan and the water shower on/off every 15 minutes.
The accu water producing machine is successfully made and it works well. With the time span of 60 minutes while the fan and the water shower off, the machine can produce 1253.3 ml of accu water. While both the fan and the water shower are on, the machine can produce 1706.7 ml of accu water. When the fan and the water shower on/off every 5 minutes the machine produce 1806.7 ml of accu water, when the fan and the water shower on/off every 10 minutes the machine produce 1840 ml ml of accu water. Lastly, when the fan and the water shower on/off every 15 minutes the machine is producing 1846.7 ml of accu water.
Keywords : Accu Water Producing Machine, Steam Compression Cycle,
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat
dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi yang merupakan salah satu syarat
untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta ini dapat terselesaikan
dengan baik dan lancar.
Penulis merasa bahwa penelitian yang dilakukan ini merupakan penelitian
yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan banyak hal,
seperti pembuatan mesin penghasil air aki, pengujian, pengambilan data, dan
melakukan pembahasan solusi terhadap masalah yang dihadapi.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan
skripsi berjudul “Mesin Penghasil Air Aki dengan Siklus Kompresi Uap
Menggunakan Peralatan Curah Air Dari Pipa PVC dengan Jarak Antar Lubang 25
mm” ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan
terima kasih kepada:
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,
Yogyakarta dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi, yang telah
dengan sabar, tekun, tulus dan ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran
memberikan bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat
xi
DAFTAR ISI
Hal
HALAMAN JUDUL ... I
TITLE PAGE ... Ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... Iii
HALAMAN PENGESAHAN ... Iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... V
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
... Vi
2.1.4 Perhitungan Pada Siklus Kompresi Uap
xii
2.2 Tinjauan Pustaka ... 37
BAB III PEMBUATAN ALAT ... 40
3.1 Persiapan Komponen Utama Mesin Penghasil Air Aki ... 40
3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Penghasil Air Aki
4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 60
BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
a. P-h diagram variasi kipas off dan pancuran off
b. P-h diagram kipas on dan pancuran on
xiii
e. P-h diagram variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air
f. Psychrometric Chart variasi kipas off dan pancuran off
k. Hasil pengujian pengujian laboratorium fisika kimia
xiv
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Proses Penyulingan (destilasi) ... 6
Gambar 2.2 Siklus Kompresi Uap ... 8
Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap Pada Diagram P-h ... 8
Gambar 2.4 Proses Kompresi Uap Pada Diagram T-s ... 9
Gambar 2.5 Psychrometric chart ... 15
Gambar 2.11 Proses yang terjadi pada psychrometric chart ... 19
Gambar 2.12 Proses cooling dan dehumidifying ... 20
Gambar 2.13 Proses pemanasan (heating) ... 21
Gambar 2.14 Proses cooling and humidifying ... 21
Gambar 2.15 Proses pendinginan (cooling) ... 22
Gambar 2.16 Proses humidifying ... 23
Gambar 2.17 Proses dehumidifying ... 23
Gambar 2.18 Proses heating and dehumidifying ... 24
Gambar 2.19 Proses heating and humidifying ... 24
Gambar 2.20 Proses yang terjadi pada mesin penghasil air aki ... 25
Gambar 2.21 Kompresor sentrifugal ... 28
Gambar 2.22 Kompresor scroll ... 29
Gambar 2.23 Sketsa kompresor sekrup ... 30
Gambar 2.24 Kompresor torak semi hermetik ... 30
Gambar 2.25 Kompresor torak hermetik ... 31
Gambar 2.26 Kondensor berpendingin udara ... 32
Gambar 2.27 Kondensor berpendingin air ... 33
xv
Gambar 2.29 Evaporator basah ... 36
Gambar 2.30 Pipa kapiler ... 36
Gambar 3.1 Kompresor hermetik jenis rotari ... 40
Gambar 3.2 Kondensor ... 41
Gambar 3.16 Pemasangan kondensor, kipas kondensor dan styrofoam ... 51
Gambar 3.17 Pemasangan kompresor dan manifold gauge ... 51
Gambar 3.18 Pemasangan pompa air pada atas kerangka ... 52
Gambar 3.19 Pemasangan pipa PVC ke dalam mesin penghasil air aki ... 52
Gambar 4.1 Mesin penghasil air aki ... 53
Gambar 4.2 Termokopel dan penampil suhu digital ... 55
Gambar 4.3 Stopwatch ... 55
Gambar 4.4 Termometer bola basah dan bola kering ... 56
Gambar 4.5 Gelas ukur ... 56
Gambar 4.6 Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin penghasil air aki ... 57
xvi
Gambar 5.2 Psychrometric chart dari variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air
... 71
Gambar 5.3 Perbandingan Win dari 5 variasi ... 74
Gambar 5.4 Perbandingan Qout dari 5 variasi ... 75
Gambar 5.5 Perbandingan Qin dari 5 variasi ... 76
Gambar 5.6 Perbandingan COPaktual dari 5 variasi ... 77
Gambar 5.7 Perbandingan COPideal dari 5 variasi ... 78
Gambar 5.8 Perbandingan efisiensi (Ƞ) dari 5 variasi ... 79
Gambar 5.9 Perbandingan kelembaban spesifik (Δw) dari 5 variasi ... 80
xvii
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 4.1 Tabel pencatatan hasil pengukuran tekanan dan volume air
Tabel 5.3 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air ... 62
Tabel 5.4 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air ... 63
Tabel 5.5 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air ... 63
Tabel 5.6 Hasil 5 variasi yang telah dikonversikan dari satuan psi ke satuan bar ... 64
Tabel 5.7 Nilai-nilai entalpi refrigeran siklus kompresi uap dari 5 variasi ... 66
Tabel 5.8 Nilai suhu kerja kondensor dan evaporator dari 5 variasi ... 66
Tabel 5.9 Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) ... 67
Tabel 5.10 Nilai energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) ... 68
Tabel 5.11 Nilai energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) ... 68
Tabel 5.12 COPaktual mesin penghasil air aki ... 69
Tabel 5.13 COPideal (COPideal) ... 70
Tabel 5.14 Efisiensi mesin penghasil air aki (Ƞ) ... 71
1
memerlukan aki untuk dapat menghidupkan mesin dengan mengalirkan arus
kelistrikan dari aki ke dinamo starter kendaraan. Terutama pada kendaran mobil yang tidak mempunyai kick starter, sehingga untuk menghidupkan mesin digunakan dinamo starter. Aki bukan hanya untuk menghidupkan mesin melainkan untuk semua komponen kelistrikan pada kendaraan bermotor. Contoh
kelistrikan pada mobil adalah lampu utama, lampu kota, lampu sen, lampu
tembak, lampu hasrat, sound sistem dan klakson dan contoh kelistrikan pada
motor adalah lampu utama, lampu kota, lampu sen dan klakson. Dengan demikian
aki mempunyai peranan penting pada komponen kendaraan bermotor.
Cairan aki yang dijual di pasaran dibagi menjadi 2 jenis yaitu aki zuur (cairan isi ulang aki yang berlabel berwarna merah) dan air aki (cairan isi ulang
yang berlabel berwarna biru). Aki zuur diisikan pertama kali pada aki karena mengandung zat kimia Asam Sulfat (H2SO4). Asam Sulfat (H2SO4) mengandung
elektrolit yang dapat menyimpan dan menghantarkan arus listrik. Namun aki zuur
ini mempunyai resiko bahaya yang dapat menimbulkan rasa gatal jika mengenai
yang begitu kuat biasanya dapat menimbulkan karat pada logam tertentu dan
logam yang tahan terhadap sifat sulfur adalah timbal (Pb). Jenis yang berikutnya
adalah Air aki (air isi ulang aki yang mempunyai label warna biru). Air aki ini
adalah air biasa atau air yang sudah mengalami proses destilasi sehingga menjadi
air murni. Air aki ini digunakan untuk menambah air di dalam kotak aki yang
sudah mulai berkurang atau sudah mendekati garis batas bagian bawah (lower).
Air aki tidak mengandung logam sama sekali, air aki ini adalah air hasil dari
proses destilasi. Air aki jika diminum oleh manusia tidak akan menyebabkan efek
samping dikarenakan sifatnya yang bebas dari bahan kimia yang berbahaya. Air
aki hanya digunakan untuk menambah volume air aki yang sudah berkurang
(volume yang sudah mendekati garis batas bagian bawah).
Dengan latar belakang tersebut, penulis tertarik untuk mendalami tentang
mesin penghasil air aki menggunakan siklus kompresi uap dengan cara melakukan
pembuatan dan penelitian. Diharapkan efisiensi yang dihasilkan dari mesin
penghasil air aki dengan siklus kompresi uap yang dihasilkan dapat bersaing
dengan metode lain yang selama ini dipergunakan dalam menghasilkan air aki.
1.2 Rumusan Masalah
Pembuatan air aki selama ini dilakukan dengan cara penyulingan dan cara
demineralisasi. Diperlukan cara yang baru untuk mendapatkan air aki yang lebih
mudah, praktis, dan ramah lingkungan. Di pasaran belum ada mesin penghasil air
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian tentang mesin penghasil air aki ini adalah :
a. Merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap
yang mempergunakan peralatan pipa pencurah air dan mengetahui nilai
tertinggi COPaktual, COPideal, dan efisiensi.
b. Mengetahui jumlah air tertinggi yang dihasilkan perjam dari mesin penghasil
air aki.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan yang dipergunakan dalam pembuatan peralatan penelitian
ini adalah :
a. Mesin bekerja dengan mempergunakan siklus kompresi uap dan
mempergunakan peralatan pencurah air.
b. Komponen utama siklus kompresi uap meliputi : kompresor, evaporator,
kondensor, dan pipa kapiler.
c. Daya kompresor yang digunakan 1 PK, ukuran komponen utama yang lain
menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
d. Siklus kompresi uap bekerja dengan mempergunakan refrigeran R22.
e. Peralatan pencurah air memiliki pipa berukuran ¾ inchi dan jarak antar
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian tentang peralatan mesin penghasil air aki dengan siklus
kompresi uap ini adalah :
a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penghasil air aki dengan
siklus kompresi uap yang dapat diletakkan di perpustakaan, dan
dipublikasikan pada kalayak ramai.
b. Dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain yang melakukan
penelitian sejenis.
c. Diperolehnya teknologi tepat guna yang berupa mesin penghasil air aki yang
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Pengertian Air Aki
Aki atau yang biasa disebut dengan accumulator adalah sebuah komponen
utama kelistrikan pada kendaraan bermotor. Aki mampu mengubah tenaga kimia
menjadi tenaga listrik. Air isi ulang aki adalah air hasil penyulingan (destilasi)
yang murni tidak mengandung mineral. Air isi ulang aki yang memiliki label
berwana biru merupakan air isi ulang aki yang aman karena sudah mengalami
demineralisasi sehingga menjadi air murni. Air isi ulang ini hanya diperlukan
untuk menambah volume air aki yang berada di garis batas bawah atau juga
disebut lower. Air aki yang memiliki label warna merah merupakan air aki yang
berbahaya karena mengandung asam sulfat. Asam Sulfat (H2SO4) mengandung
elektrolit yang dapat menyimpan dan menghantarkan arus listrik.
Saat ini banyak macam – macam air aki yang dijual di pasaran dengan
berbagai merk. Ada sebagian orang atau sekelompok orang yang mencoba untuk
membuat air aki dengan cara yang lebih mudah dan bisa mendapatkan
penghasilan dari membuat air aki. Ada yang membuat dengan cara demineralisasi
dan ada yang membuat daya cara destilasi (penyulingan). Air aki hasil
demineralisasi, memiliki harga jual di pasaran yang lebih murah, dibanding
2.1.2 Pembuatan Air Aki
Pembuatan air aki dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan metode
penyulingan (destilasi) dan demineralisasi.
a. Penyulingan (destilasi)
Proses penyulingan dilakukan dengan cara memanaskan air hingga menguap
sehingga uap air melewati saluran yang pada dinding luarnya diberi aliran air
dingin sehingga air akan mengalami proses kondensasi. Uap air yang sudah
mengembun itu dialirkan kemudian ditampung pada suatu wadah. Hasil
penyulingan ini adalah air murni yang tidak tercampur zat lain. Hasil penyulingan
ini dinamakan akuades. Akuades ini tidak tercampur zat kontaminan, terutama
kontaminan yang memiliki titik didih dan titik uap lebih tinggi dari pada air,
misalnya zat logam. Proses penyulingan atau destilasi disajikan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Proses Penyulingan (destilasi)
b. Demineralisasi
Demineralisasi adalah proses untuk menghilangkan material terlarut dalam
air. Hasil dari proses demineralisasi adalah ultrapure water (air dengan tingkat kemurnian sangat tinggi). Air yang dihasilkan dari proses demineralisasi hampir
tidak mengandung mineral sama sekali. Proses demineralisasi dilakukan dengan
menggunakan resin anion dan kation. Resin yang ditambahkan ini berfungsi untuk
mengikat mineral-mineral yang terlarut dalam air sehingga mineral-mineral yang
terlarut akan terpisah dengan molekul air.
2.1.3 Definisi Siklus Kompresi Uap
Pada siklus kompresi uap fluida kerja, mengalami proses yang
berganti-ganti, proses penguapan danproses pengembunan yang berlangsung secara
terus-menerus. Fluida kerja yang dipakai pada proses ini menggunakan refrigeran.
Siklus kompresi uap memiliki komponen utama kompresor, evaporator,
kondensor, dan pipa kailer.
Siklus kompresi uap seringkali digunakan dalam mesin pendingin,
maupun dalam perpindahan kalor. Pada penelitian ini, siklus kompresi uap
dipergunakan untuk menghasilkan air destilasi (penyulingan). Secara skematik,
rangkaian komponen pada siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.3 dan Gambar 2.4, menyajikan siklus kompresi uap pada diagram P-h
Gambar 2.2. Siklus Kompresi Uap
Gambar 2.4. Proses Kompresi Uap Pada Diagram T-s
Proses-proses pada siklus kompresi uap:
a. Proses Kompresi 1 – 2
Proses kompresi terjadi pada tahap 1-2 dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4.
Refrigeran dalam bentuk gas panas lanjut masuk ke kompresor, kerja yang
diberikan pada kompresor akan menyebabkan kenaikan tekanan sehingga
refrigeran temperatur refrigeran akan naik dan lebih tinggi dari temperatur
lingkungan (refrigeran mengalami fase superheated / gas panas lanjut). Proses
kompresi berlangsung pada entropi yang konstan (iso-entropi). Kompresor dapat
bekerja karena ada aliran listrik yang diberikan pada kompresor. Suhu yang
keluar dari kompresor, merupakan suhu refrigeran yang tertinggi pada siklus
kompresi uap. Daya yang diberikan pada kompresor besarnya bergantung pada
b. Proses pendinginan suhu gas panas lanjut (2-2a) (desuperheating)
Proses pendingin dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada tahap
2-2a dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4. Refrigeran mengalami penurunan suhu
pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir ke
lingkungan, karena suhu refigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.
c. Proses Kondensasi (2a-2b)
Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-2b dari Gambar 2.3 dan Gambar
2.4. 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 refrigeran di kondensor lebih
tinggi dari suhu udara lingkungan. Keluarnya kalor dari refrigeran di kondensor,
tidak menyebabkan suhu refrigeran mengalami penurunan suhu, tetapi
menyebabkan refrigeran berubah fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh.
d. Proses Pendinginan Lanjut (2b-3)
Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 2b-3 dari Gambar 2.3 dan
Gambar 2.4. Pada proses pendinginan lanjut terjadi proses penurunan suhu
refrigeran dari keadaan cair jenuh ke refrigeran cair lanjut. Proses ini
berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini di perlukan agar kondisi refrigeran
keluar kondensor benar-benar dalam fase cair, sehingga memudahkan refrigeran
mengalir ke pipa kapiler. Proses pendinginan lanjut dapat menyebabkan nilai
entalpi h3 atau h4 rendah dan ini menyebabkan efek pendinginan menjadi besar
(h1-h4). Bila efek pendinginan besar maka nilai COPaktual juga menjadi besar.
e. Proses Penurunan Tekanan (3-4)
Proses penurunan tekanan pada tahap 3-4 dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4.
Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke komponen pipa kapiler dan
mengalami proses penurunan tekanan dan penurunan suhu. Sehingga suhu
refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa
refrigeran berubah dari fase cair menjadi fase campuran: cair dan gas. Proses
berjalan dengan nilai entalpi yang tetap (iso entalpi atau isentalpi).
f. Proses Evaporasi (4-4a)
Proses evaporasi terjadi pada tahap 4-4a dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4.
Refrigeran dalam fasa campuran cair dan gas mengalir ke evaporator dan
kemudian menerima kalor dari lingkungan, sehingga fasa dari refrigeran
berubah seluruhnya menjadi gas jenuh. Proses berlangsung pada tekanan yang
tetap, demikian juga berlangsung pada suhu yang tetap. Kalor dapat mengalir
dari lingkungan ke evaporator dikarenakan suhu lingkungan lebih tinggi dari
suhu kerja evaporator.
g. Proses Pemanasan Lanjut (4a-1)
Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 4a-1 dari Gambar 2.3 dan
Gambar 2.4. Pada saat refrigeran meninggalkan evaporator refrigeran kemudian
mengalami proses pemanasan lanjut. Dengan adanya proses pemanasan lanjut
fase refrigeran berubah dari fase gas jenuh menjadi gas panas lanjut. Dengan
demikian refrigeran sebelum masuk kompresor benar-benar dalam fase gas.
Proses berlangsung pada tekanan konstan. Proses pemanasan lanjut dapat
2.1.4 Perhitungan Pada Siklus Kompresi Uap
Dengan mempergunakan P-h diagram pada siklus kompresi uap dapat
dihitung besarnya kerja kompresor, energi kalor yang dilepas kondensor, energi
kalor yang diserap evaporator, COP, efisiensi. Pada perhitungan ini, satuan yang
dipergunakan mempergunakan satuan yang biasa dipergunakan pada perhitungan
siklus kompresi uap. satuan properti dapat mempergunakan sesuai dengan yang
diinginkan.
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor perpersatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan
Persamaan (2.1). Satuan yang dipergunakan Win dapat berbagai macam, tetapi
pada persoalan ini dipergunakan satuan kJ/kg.
Win = h2 – h1 , kJ/kg .... (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h2 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg
h1 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg
b. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout)
Besarnya energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor
dapat dihitung dengan Persamaan (2.2):
Pada Persamaan (2.2) :
Qout : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h2 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor, kJ/kg
h3 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor, kJ/kg
c. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)
Besarnya energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh
evaporator dapat dihitung dengan Persamaan (2.3):
Qin = h1 – h4 , kJ/kg .... (2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
Qin : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai enthalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg
h4 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai enthalpi saat refrigeran masuk pipa kapiler, kJ/kg
d. COPaktual mesin siklus kompresi uap
COPaktual (Coefficient Of Performance) mesin siklus kompresi uap adalah
perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang
diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COPaktual mesin siklus kompresi
uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.4):
Pada Persamaan (2.4) :
Qin : Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
Win : Kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : Entalpi refrigeran keluar evaporator, kJ/kg
h2 : Entalpi refrigeran masuk kondensor, kJ/kg
h3 : Entalpi refrigeran keluar kondensor, kJ/kg
h4 : Entalpi refrigeran masuk evaporator, kJ/kg
e. COPideal mesin siklus kompresi uap
COPideal merupakan COPmaksimal yang dapat dicapai mesin siklus kompresi
uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.5):
COPideal = Te / ( Tc – Te ) .... (2.5)
Pada Persamaan (2.5):
Te : Suhu mutlak evaporator, K
Tc : Suhu mutlak kondensor, K
f. Efisiensi mesin siklus kompresi uap (ƞ)
Efisiensi dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6):
Ƞ = [COPAktual / COPIdeal ]x 100% .... (2.6)
Pada Persamaan (2.6):
Ƞ : Efisiensi mesin siklus kompresi uap.
COPaktual : Koefisien prestasi mesin siklus kompresi uap.
2.1.5 Psychrometric Chart
Psychrometric Chart adalah grafik yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai properti udara pada keadaan yang ditinjau seperti suhu,
enthalpi, kelembapan udara dan spesifive volume. Untuk mengetahui nilai dari properti-properti pada udara (h, RH, w, SpV, Twb,Tdb, dan Tdp) bisa diperoleh
apabila minimal dua buah diantara properti tersebut sudah diketahui dan bisa
diketahui dengan diagram psychrometric chart pada Gambar 2.5.
a. Data – data yang terdapat pada Psychrometric Chart
Di dalam Psychrometric Chart terdapat beberapa data – data yang ada antara
lain:
1. Suhu Bola Kering (Dry Bulb Temperature)
Dry Bulb Temperature adalah suhu udara yang diperoleh melalui alat termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan kering. Dry Bulb Temperature menggunakan simbol (Tdb) dan satuan yang digunakan oC (Celcius), F
(Fahrenhet) atau K (Kelvin).
Gambar 2.6 Dry bulb temperature
2. Suhu Bola Basah (Wet Bulb Temperature)
Gambar 2.7 Wet bulb temperature
3. Suhu Titik Embun (Dew Point Temperature)
Dew Point Temperature adalah suhu di mana uap air yang ada di udara mulai mengembun ketika udara didinginkan. Dew Point Temperature menggunakan simbol (Tdp) dan satuan yang digunakan oC (Celcius), F (Fahrenhet) atau K (Kelvin).
4. Kelembaban Relatif (Relative Humidity)
Relative Humidity adalah persentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1m3 dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1m3 udara kerja tersebut. Relative Humidity menggunakan simbol (RH).
Gambar 2.9 Relative humidity
5. Entalphi (Enthalpy)
Entalphi adalah jumlah kalor total dari campuran udara dan uap air di atas
titik nol. Entalphi menggunakan satuan kJ/kg.
6. Specific Humidity
Specific Humidity adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering. Specific Humidity menggunakan simbol (w) dan satuan yang digunakan adalah kg air/kg udara kering.
7. Volume Spesifik
Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter
kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan sebagai meter kubik udara
kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering. Volume Spesifik
menggunakan simbol (SpV) dan satuan yang digunakan (m3/kg udara kering).
b. Proses–proses yang terjadi pada Psychomeric Chart.
Proses-proses yang terjadi di dalam Psychometric Chart meliputi proses cooling and dehumidifying, heating, cooling and humidifying, cooling, humidifying, dehumidifying, dan heating and humidifying.
1. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying)
Proses pendinginan dan penurunan kelembaban adalah proses penurunan
kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada proses pendinginan
dan penurunan kelembaban terjadi penurunan temperatur 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.
Gambar 2.12 Proses cooling dan dehumidifying
2. Proses pemanasan (heating)
Proses pemanasan (heating) adalah proses penambahan kalor sensibel ke
udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering,
temparatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur
titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif
Gambar 2.13 Proses pemanasan (heating)
3. Proses pendinginan dan kenaikan kelembaban (cooling and humidifying)
Proses pendinginan dan kenaikan kelembaban berfungsi untuk menurunkan
temperature dan menaikan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan
perubahan temperature bola kering, temperatur bola basah, dan kelembaban
spesifik. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur kering dan volume spesifik.
Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembaban
relatif, dan kelembaban spesifik.
4. Proses pendinginan (cooling)
Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara
sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan, terjadi
penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik, namun
terjadi peningkatan kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik dan suhu titik
embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Garis proses pada psychrometric chart
adalah garis horizontal ke arah kiri.
Gambar 2.15 Proses pendinginan (cooling)
5. Proses humidifying
Proses humidifying merupakan penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola basah,
titik embun dan kelembaban spesifik. Garis proses pada psychrometric chart adalah
Gambar 2.16 Proses humidifying
6. Proses dehumidifying
Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada
udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, suhu
bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. Garis dalam psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah bawah.
Gambar 2.17 Proses dehumidifying
7. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying)
Pada proses ini berfungsi untuk menaikkan suhu bola kering dan menurunkan
kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembaban
spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembaban relatif tetapi terjadi peningkatan
Gambar 2.18 Proses heating and dehumidifying
8. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidifying)
Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada
proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu
bola kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis kearah kanan atas.
c. Proses yang terjadi pada mesin penghasil air aki
Gambar 2.20 Proses yang terjadi pada mesin penghasil air aki
Proses-proses yang terjadi pada mesin penghasil air aki disajikan pada
Gambar 2.20. Proses pertama kali merupakan proses heating dimana proses ini terjadi di dalam kondensor yang menyebabkan udara berada pada kondisi panas,
kemudian terjadi proses evaporative cooling untuk mendapatkan suhu rendah dan
kadar uap air meningkat. Proses evaporative cooling berlangsung pada pipa pencurah air, kemudian proses cooling dimana proses ini terjadi pada evaporator
yang menyebabkan suhu berada pada titik jenuh dan RH (relative huminity)
berada pada 100%. Setelah melewati eaporator suhu kembali bercampur dengan
suhu lingkungan menyebabkan suhu mengalami kenaikan dan kelembaban juga
mengalami kenaikan.
Te Tdb Tc Tb
Td Tevap
Twb
d. Perhitungan-perhitungan pada psychrometric Chart
Dengan mempergunakan psychrometric Chart dapat diperoleh data-data yang
dapat dipergunakan untuk menghitung wb, wa, Δw, laju pengembunan, laju aliran
massa udara :
1. Laju pengembunan (mair
)
Laju pengembunan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7) :
mair
t : Waktu yang diperlukan untuk menghasilkan air, jam
2. Perhitungan massa air yang berhasil diembunkan (Δw)
Massa air yang berhasil diembunkan dapat dihitung dengan Persamaan (2.8) :
Δw = wb– wa, kgair/kgudara .... (2.8)
Pada Persamaan (2.8) :
Δw : Massa air yang diuapkan, kgair/kgudara
wb : Kelembaban spesifik udara setelah keluar dari mesin, kgair/kgudara
wa : Kelembaban spesifik udara masuk ke mesin, kgair/kgudara
3. Laju aliran massa udara (mudara
)
Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.9) :
udara
: Laju aliran massa udara, kgudara/jam
air m
: Laju pengembunan, kgair/jam
Δw : Massa air yang berhasil diembunkan, kgair/kgudara
2.1.6 Komponen Siklus Kompresi Uap
Komponen utama mesin kompresi uap terdiri dari beberapa komponen
seperti : kompresor, kondensor, evaporator, dan pipa kapiler.
a. Kompresor
Kompresor adalah unit mesin kompresi uap yang berfungsi untuk
mensirkulasikan refrigeran yang mengalir dalam setiap unit mesin siklus kompresi
uap. Kompresor juga mempunyai fungsi lain yaitu menaikan tekanan refrigerant
dari tekanan kerja evaporator ke tekanan kerja kondensor. Ada berbagai macam
kompresor yang dapat dipergunakan pada mesin siklus kompresi uap, seperti
1. 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 suction dihisap ke dalam 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.
Karakteristik kompresor sentrifugal dapat diklasifikasikan secara umum
sebagai berikut:
a. Aliran dischargeunifrom.
b. Mempunyai kapasitas dari yang kecil sampai besar.
c. Density udara mempengaruhi tekanan discharge.
d. Mampu bekerja pada efisiensi yang tinggi dengan beroperasi pada tekanan
yang besar.
Gambar 2.21 Kompresor sentrifugal
(
2. Kompresor Scroll
Prinsip kerja dari komprespr scroll adalah mengunakan 2 buah scroll atau yang biasa disebut dengan pusaran. Fixed Scroll (pusaran yang tidak bergerak) dan Orbiting Scroll (pusaran yang bergerak) merupakan 2 buah scroll yang digunakan pada kompresor scroll. Satu scroll dipasang tetap dan salah satu scroll lainnya berputar pada orbiting scroll. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran hisap oleh scroll dan dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya
pada pusat orbiting dari scroll tersebut.
Gambar 2.22 Kompresor scroll
3. 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 kedalamnya. Bila putaran terus berlanjut, refrigeran yang terkurung
digerakkan mengelilingi rumah kompresor. Pada putaran selanjutnya terjadi
penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga memperkecil
Gambar 2.23 Sketsa kompresor sekrup
(http://teknikmesin.org/konstruksi-kompresor-sekrup/)
4. Kompresor Torak
Pada konstruksi semi hermetik kompresor torak bekerjanya mempergunakan
piston yang bekerja bolak-balik. Pada mesin kompresi uap berdaya rendah,
biasanya kompresor yang dipergunakan adalah kompresor semi hermetik dan
hermetik.
Gambar 2.24 Kompresor torak semi hermetik
5. Kompresor Hermetik
Pada dasarnya, kompresor hermetik hampir sama dengan semi-hermetik,
perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja) kompresor
dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetik 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 2.25 Kompresor torak hermetik
(http://www.emsteknik.com/FileUpload/bs370572/UrunResim/1193
7301.jpg)
b. Kondensor
Kondensor mempunyai fungsi melepaskan kalor yang diserap refrigeran di
evaporator dan energi yang diberikan pada proses kompresi. Dilihat dari sisi
1. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)
Kondensor yang menggunakan udara sebagai media pendinginnya. Selain
udara sebagai media pendinginnya kondensor ini ada juga yang menggunakan
kipas untuk membantu proses pendinginannya. Biasanya yang memakai kipas
untuk membantu proses pendinginannya antara lain AC window dan AC split. Untuk proses pendingin kondensor tanpa kipas, proses pendinginan berlangsung
secara konveksi bebas. Hal ini dapat dilihat pada mesin siklus kompresi uap pada
kulkas 1 pintu.
Gambar 2.26 Kondensor berpendingin udara
2. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)
Water cooled condensor adalah kondensor yang menggunakan air sebagai media pendinginnya. Kondensor berpendingin air dibedakan menjadi 2 kategori:
a. Kondensor yang membuang air secara langsung.
Kondensor jenis pertama yang membuang air secara langsung berarti air yang
telah disuplai melewati kondensor langsung dibuang keluar dari kondensor dan
tidak dipergunakan lagi. Untuk kondensor jenis kedua, air setelah melewati
kondensor tidak langsung dibuang, tetapi dipergunakan lagi. Air disirkulasikan
kembali ke kondensor, setelah air mengalami proses pendinginan.
Gambar 2.27 Kondensor berpendingin air
(http://irma-teknikkimia.blogspot.co.id/2013/02/kondensor.html)
c. Evaporator
Evaporator adalah komponen penukar kalor yang memegang peranan yang
paling penting di dalam siklus kompresi uap. Evaporator berfungsi untuk
mendinginkan udara yang melewatinya. Selain itu fungsi evaporator pada mesin
kompresi uap adalah sebagai pipa yang menguapkan refrigeran. Dilihat dari
bentuknya, evaporator memiliki konstruksi yang sama dengan bagian kondensor,
hanya menggunakan diameter pipa lebih besar dibandingkan pipa untuk
1. Evaporator kering (dry expantion evaporator)
Keadaan dimana cairan refrigeran yang diexpansikan melalui katup expansi
pada saat masuk evaporator sudah dalam campuran air dan uap, sehingga pada
saat keluar dari evaporator menjadi uap kering.
Keuntungan dari evaporator kering :
a. Tidak memerlukan banyak refrigeran dalam jumlah besar.
b. Jumlahminyak pelumas yang tertinggal didalam evaporator sangat kecil.
Kerugian dari evaporator kering :
a. Perpindahan kalor yang terjadi tidak begitu besar dibandingkan dengan
evaporator basah.
b. Laju perpindahan kalor dalam evaporator lebih rendah dibandingkan dengan
evaporator setengah basah.
Gambar 2.28 Evaporator kering
2. Evaporator setengah basah
Keadaan dimana evaporator berada pada kondisi refrigeran diantara jenis
evaporator jenis kering dan evaporator jenis basah, namun selalu terdapat
refrigeran cair dalam pipa penguapannya. Keuntungan dan kerugian dari
evaporator jenis setengah basah adalah laju perpindahan kalor jenis setengah
basah lebih tinggi dari evaporator kering, tetapi laju perpindahan kalor lebih
rendah dari evaporator jenis basah.
3. Evaporator basah (flooded evaporator)
Dalam evaporator jenis basah sebagian jenis evaporator terisi oleh cairan
refrigeran dan proses penguapannya terjadi seperti pada ketel uap. Pada
evaporator basah terdapat sebuah akumulator untuk menampung refrigeran cair
dan gas, dari akumulator tersebut bahan pendingin cair mengalir ke evaporator
dan menguap didalamnya. Sisa refrigeran yang tidak sempat menguap di
evaporator kembali kedalam akumulator, didalam akumulator refrigeran cair
berada dibawah tabung sedangkan yang berupa gas berada diatas tabung.
Keuntungan dari evaporator basah adalah laju perpindahan kalor jenis basah lebih
Gambar 2.29 Evaporator basah
(
http://www.bppp-tegal.com/web/index.php/artikel/97-artikel/artikel-permesinan-kapal-perikanan/166-dasar-dasar-refrigerasi)
d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler adalah sebuah pipa tembaga berdiameter kecil yang digunakan
pada mesin siklus kompresi uap seperti pada kulkas, air conditioner, freezer, dan
showcase. Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan regrigeran yang mengalir di dalam pipa kapiler tersebut yang, berasal dari pipa-pipa kondensor dan melewati
proses penyaringan di filter.
Gambar 2.30 Pipa kapiler
(
2.2 Tinjauan Pustaka
Anwar, Khairil (2010), melakukan penelitian yang membahas mengenai
efek beban pendingin terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas
refrigerasi, koefisien prestasi dan waktu pendinginan. Metode yang digunakan
adalah metode eksperimental dengan variasi beban pendingin yang diperoleh
dengan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang
pendingin. Hubungan antara beban pendingin dengan COP sistem membentuk
kurva parabolik, di mana posisi COP terbesar terdapat pada beban 200 watt
seebesar 2.64 dan kenaikan kapasitas refrigerasi dan daya kompresor terjadi
seiring dengan penambahan beban pendingin.
Laila Mustahiqul Falah, Gunawan, Abdul Haris, (2009), mengemukakan
tentang Aqua DM (demineralisasi) merupakan air yang bebas ion atau tanpa
mineral, aqua DM diperoleh dari air mineral yang mengandung ion yang
dilewatkan dalam beberapa kolom resin sehingga mineral yang terbawa tertahan
pada kolom resin. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memanfaatkan air
buangan AC sebagai bahan dasar pembuatan aqua DM. Metode yang digunakan
dalam penelitian ini adalah dengan mengalirkan air AC pada resin penukar kation
dan anion. Resin kation diaktifkan dengan HCl dan resin anion diaktifkan dengan
NaOH. Untuk mengetahui karakteristik kerja resin penukar ion dilakukan
pengukuran konduktivitas, TDS (Total Dissolve Solid), serta P-h pada keluaran
kolom resin penukar kation dan anion. Dan kadar Pb dalam keluaran kolom resin
TDS dari air keluaran kolom resin penukar kation dan anion. Data yang diperoleh
pada sampel di studio foto walet memiliki konduktivitas 4,1 µS, TDS 2,3 ppm dan
P-h 7,42. Sampel di pabrik Coca Cola Ungaran memiliki nilai konduktivitasnya
3,1 µS, TDS 1,7 ppm dan P-h 7,09. Tempat isi ulang air minum Fine di Jati Raya
Banyumanik nilai konduktivitasnya 5,87 µS, 2,88 ppm dan P-h 7,71. Kadar Pb
sebesar 0,03 ppm hanya terdapat pada sampel pabrik Coca Cola Ungaran dan
dapat dihilangkan dengan resin.
Suma A, Enang (2013), melakukan penelitian bertujuan untuk mengetahui
pengaruh tekanan kerja kompresor terhadap efek pendingin atau pencapaian
temperatur pendinginan dan waktu pencapaian temperature pendingin, serta
mendapatkan besar tekanan kompresor yang memberikan nilai COP yang
optimum. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen, variasi tekanan
kompresor ditinjau terhadap kinerja mesin refrigerasi dan suhu refrigerasi yang
keluar dari kondensor. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar
tekanan suction kompresor maka semakin besar efek refrigerasi yang terjadi. Semakin besar tekanan suction kompresor, temperatur pendingin (temperatur evaporator) yang dihasilkan semakin rendah. Waktu yang dibutuhkan untuk
mencapai temperatur pendinginan rata-rata sama untuk masing-masing tekanan
yang menghasilkan tekanan suction 1,4 bar menghasilkan COP 4,15.
Bison, Alberto (2012), menyatakan bahwa aliran udara panas dalam
sistem pengeringan melibatkan siklus refrijerasi dan siklus aliran udara. Siklus
refrigerasi terdiri dari beberapa komponen utama yaitu: kompresor, kondensor,
evaporator, kondensor, lemari pengering dan sebuah kipas (fan). Kondensor
merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk memanaskan udara yang
melewatinya dan juga bertugas untuk mendinginkan dan mengembunkan
refrigeran dalam siklus refrijerasi. Evaporator adalah alat penukar panas yang
digunakan untuk mendingkan aliran udara yang melewatinya dan juga untuk
mendidihkan dan memanaskan refrigeran dalam siklus refrijerasi.
Kemas. Ridhuan (2010), melakukan penelitian tentang pengaruh media
pendingin air pada kondensor terhadap kemampuan kerja mesin pendingin.
Metode yang digunakan adalah secara experiment dengan membuat dan menguji
alat mesin pendingin secara langsung. Pengujian dilakukan pada dengan
kondensor menggunakan air dan udara, dengan variasi beban pendingin ruangan:
450W, 600W, 750W dan variasi debit aliran air di kondensor: 0,06 l/s, 0,075 l/s
dan 0,09 l/s. Dari hasil yang didapat menunjukan bahwa Adapun hasil yang
didapat dari penelitian ini yaitu COP (Coefficient Of Performance) yang tertinggi
yaitu 15,43 terjadi pada pendingin air dengan beban 450 watt pada debit 0,09 l/s.
sedangkan dengan pendingin udara COP 6,44 pada beban 450W. Dan temperatur
air tertinggi sebesar 38°C terjadi pada debit 0,06 l/s dan pada beban pendingin 750
watt. Ini temperatur airnya cukup tinggi sehingga cukup baik digunakan untuk air
40
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Persiapan Komponen Utama Mesin Penghasil Air Aki
Komponen utama yang digunakan pada proses pembuatan mesin penghasil
air aki dalam penelitian ini meliputi (a) mesin siklus kompresi uap yang memiliki
komponen utama: kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, refrigeran dan
(b) sistem pencurah air, yang meliputi : pencurah air, tempat penampungan air,
pompa dan tempat air destilasi.
a. Kompresor
Kompresor adalah alat yang digunakan untuk menaikan dan memompa tekanan
refrigeran dan mengalirkan refrigeran. Gambar 3.1 menyajikan jenis kompresor
yang digunakan saat mesin siklus kompresi uap.
Spesifikasi Kompresor :
Jenis Kompresor : Kompresor hermetik jenis rotari
Seri Kompresor : QK208PBD
Voltase : 220 – 240 V
Daya Kompresor : 1 PK
b. Kondensor
Kondensor merupakan alat yang berfungsi untuk membuang kalor dan
merubah wujud refrigeran dari bentuk gas menjadi cair.
Gambar 3.2 Kondensor
Spesifikasi Kondensor :
Bahan Pipa Refrigeran : Tembaga
Bahan Sirip : Alumunium
Panjang Kondensor 12U : 55 cm
Lebar Kondensor 12U : 52 cm
Banyak Sirip : 550 buah
Jarak antar Sirip : 1 mm
c. Pipa Kapiler
Pipa kapiler mempunyai fungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran cair dari
tekanan kerja kondensor ke tekanan kerja evaporator dan mengubah refrigeran
dari kondisi cai jenuh menjadi bentuk cair dan gas.
Gambar 3.3 Pipa kapiler
(https://www.bukalapak.com/products/s/pipa-kapiler)
Spesifikasi Pipa Kapiler :
Bahan Pipa Kapiler : Tembaga
Panjang Pipa Kapiler : 110 cm
d. Evaporator
Evaporator adalah alat yang digunakan untuk menyerap kalor dari udara yang
melewatinya sehingga refrigeran berubah fase dari cair ke gas.
Gambar 3.4 Evaporator
Spesifikasi Evaporator :
Bahan Pipa Evaporator : Tembaga
Bahan Sirip Evaporator : Alumunium
Panjang Evaporator : 67 cm
Lebar Evaporator : 23 cm
Banyaknya Sirip : 670 buah
e. Refrigeran
Refrigeran merupakan fluida kerja pada mesin siklus kompresi uap yang
berfungsi mengambil kalor dari evaporator dan membuangnya melalui kondensor.
Pada penelitian ini menggunakan refrigeran R22.
Gambar 3.5 Refrigeran R22
f. Pencurah Air
Pencurah air terbuat dari pipa PVC. Bentuk pencurah air seperti tersaji pada
Gambar 3.6.
Spesifikasi pencurah air :
Ukuran a : 500 mm
Ukuran b : 100 mm
Jarak antar Lubang : 25 mm
Diameter Lubang Pencurah Air : 1,5 mm
3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Penghasil Air Aki
Beberapa peralatan yang mendukung dalam pembuatan mesin penghasil air
aki sebagai berikut :
a. Kayu
Fungsi kayu pada penelitian ini sebagai rangka mesin penghasil air aki. Kayu
yang digunakan sebagai rangka adalah kayu sengon.
Gambar 3.7 Kayu sengon
(
http://www.antijamur.net/pengawet-kayu-ini-dapat-menambah-5-kali-lipat-keawetan-kayu-sengon-2308.html)
b. Styrofoam
Gambar 3.8 Styrofoam
c. Pompa Air
Pompa air yang digunakan pada penelitian ini berfungsi untuk mensirkulasikan
aliran air menuju ke pipa pencurah air.
Gambar 3.9 Pompa air
Spesifikasi pompa :
Jenis Pompa : Pompa air
Daya Pompa : 125 watt
d. Pipa PVC
Pipa PVC digunakan untuk mencurahkan air agar udara mempunyai
kandungan air yang besar. Jenis pipa PVC yang digunakan adalah maspion
dengan ukuran ¾ inchi.
Gambar 3.10 Pipa PVC
(http://hargaper.com/harga-pipa-pvc-terbaru.html)
e. Kipas Kondensor
Kipas kondensor berfungsi untuk mengalirkan udara dari luar kondensor
menuju ke ruang pencurah air.
Gambar 3.11 Kipas kondensor
(
Spesifikasi Kipas Kondensor :
Daya Kipas : 35 watt
Jumlah Sudu : 3 buah
Diameter Sudu Luar : 30 cm
f. Kipas Evaporator
Kipas evaporator diletakkan sesudah evaporator bertujuan untuk mengalirkan
udara setelah melewati evaporator menuju keluar dari mesin penghasil air aki.
Gambar 3.12 Kipas evaporator
Spesifikasi Kipas Evaporator :
Daya Kipas : 40 watt
Jumlah Sudu : 3 buah
Diameter Sudu Luar : 7 cm
g. Manifold Gauge
Manifold gauge berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran pada siklus kompresi uap baik pada saat pendinginan maupun pada saat beroperasi. Tekanan
kompresor (berwarna merah). Pada penelitian ini, tekanan masuk kompresor dan
tekanan keluar kompresor, mempergunakan satuan tekanan psi.
Gambar 3.13 Manifold gauge
h. Alat dan Bahan Las
Las yang digunakan dalam penelitian ini untuk memasang manifold gauge dan
menyambung pipa kapiler.
Gambar 3.14 Tabung las tembaga
i. Alat Bor
Di penelitian ini menggunakan alat bor untuk melubangi pipa PVC. Diameter
mata bor yang digunakan sebesar 25 mm.
Gambar 3.15 Alat bor
(http://www.lazada.co.id/beli-bor-listrik/)
3.3 Pembuatan Mesin Penghasil Air Aki
Berikut ini merupakan beberapa langkah-langkah dalam proses pembuatan
mesin penghasil air aki :
a. Merancang sketsa mesin penghasil air aki yang akan dipergunakan untuk
penelitian.
b. Mempersiapkan kayu sebagai kerangka mesin penghasil air aki.
c. Mempersiapkan komponen-komponen utama seperti kompresor, kondensor,
evaporator, pipa kapiler, refrigeran R22, serta alat-alat pendukung lainnya
seperti alat las dan manifold gauge.
d. Setelah kerangka selesai, kemudian memulai memasang kondensor, kipas
Gambar 3.16 Pemasangan kondensor, kipas kondensor dan styrofoam
e. Pemasangan kompresor pada sebelah kondensor dan menyambungkan pipa
kapiler dengan cara pengelasan yang disertai pemasangan manifold gauge.
Gambar 3.17 Pemasangan kompresor dan manifold gauge
f. Langkah selanjutnya memasang evaporator dan kipas evaporator yang telah
disiapkan.
g. Setelah komponen utama sudah terpasangkan pada kerangka, maka langkah
selanjutnya untuk mengisi refrigeran. Refrigeran merupakan fluida kerja pada
mesin penghasil air aki. Refrigeran yang digunakan pada mesin penghasil air
aki ini adalah R22. Tekanan refrigeran yang dimasukan dalam siklus ini harus
sesuai dengan standar kerja agar mesin dapat bekerja secara maksimal.
h. Pemasangan pompa air pada atas kerangka. Pompa air ini berfungsi untuk
Gambar 3.18 Pemasangan pompa air pada atas kerangka
i. Mempersiapkan alat bor dan mata bor. Lakukan pengeboran pada pipa PVC
dengan jarak antar lubang 25 mm.
j. Setelah pengeboran dilakukan penyusunan pipa PVC tersebut menjadi satu
kesatuan rangkaian pipa.
k. Pemasangan pipa PVC ke dalam mesin penghasil air aki berfungsi untuk
mensirkulasikan air yang dihisap oleh pompa dan dikeluarkan ke dalam bak
dalam bentuk curah air.
53
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah mesin penghasil air aki. Ukuran mesin penghasil
air aki memiliki panjang 190 cm, lebar 75 cm, dan tinggi 90 cm. Mesin penghasil
air aki menggunakan daya kompresor 1 PK. Gambar 4.1 menyajikan mesin
penghasil air aki yang dipergunakan sebagai objek penelitian.
Gambar 4.1 Mesin penghasil air aki
Gambar 4.1 menyajikan skematik alat penelitian dan tata letak alat ukur
yang digunakan dalam penelitian.
a b
c d
Keterangan untuk Gambar 4.1 :
a. Twb dan Tdb
Termometer bola basah dan bola kering untuk mengukur kondisi udara luar
sebelum masuk ke kondensor.
b. Tb
Termokopel untuk mengukur suhu udara setelah melewati kondensor.
c. Tc
Termokopel untuk mengukur suhu udara sebelum melewati evaporator.
d. Td
Termokopel untuk mengukur suhu udara setelah melewati evaporator.
e. Te
Termokopel untuk mengukur suhu udara setelah melewati kipas evaporator.
f. Pin
Pressure gauge untuk mengukur tekanan refrigeran sebelum masuk kompresor (berwarna biru).
g. Pout
Pressure gauge untuk mengukur tekanan refrigeran setelah keluar dari kompresor (berwarna merah).
4.2 Alat Bantu Penelitian
Alat bantu penelitian digunakan untuk membantu mengambil data selama
a. Termokopel dan penampil suhu digital
Termokopel berfungsi untuk mengubah perbedaan suhu benda menjadi
perubahan tegangan listrik menggunakan sensor suhu. Penampil suhu digital
berfungsi untuk menampilkan suhu yang diukur. Gambar 4.2 menyajikan gambar
termokopel dan penampil suhu digital.
Gambar 4.2 Termokopel dan penampil suhu digital
( http://id.aliexpress.com/item/New-2014-Digital-Thermometer-K-Type-
Thermocouple-2-Probe-Sensor-Metal-1300C-2372F-Dropship/32262944734.html)
b. Stopwatch
Stopwatch berfungsi untuk mengukur waktu yang dibutuhkan dalam mengambil data saat pengujian.
Gambar 4.3 Stopwatch
c. Termometer bola basah dan bola kering
Alat ini berfungsi untuk mengukur kondisi suhu udara sebelum memasuki
kondensor.
Gambar 4.4 Termometer bola basah dan bola kering
(
http://fastrans22.blogspot.co.id/2013/10/alat-pengukur-cuaca-iklim-dan-cara.html)
d. Gelas Ukur
Gelas ukur berfungsi untuk mengukur hasil air destilasi (air aki) yang
didapatkan dalam penelitian.
Gambar 4.5 Gelas ukur
(
4.3 Alur Penelitian
Pada Gambar di bawah ini menunjukan diagram alur pembuatan dan penelitian
mesin penghasil air aki.
4.4 Variasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan cara menvariasikan kondisi kipas
evaporator. Air aki yang diperoleh dicatat untuk setiap variasinya. Demikian juga
dengan data-data yang diperlukan untuk menggambarkan siklus kompresi uap
pada diagram P-h dan proses siklus udara pada diagram psychrometric chart. Pada
penelitian ini menggunakan 5 variasi yaitu kipas off dan pancuran off, kipas on dan pancuran on, kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air, kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air, kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air.
4.5 Cara Pengambilan Data
Cara pengambilan data pada penelitian menggunakan proses sebagai
berikut :
a. Menyiapkan termokopel dan termometer bola basah dan bola kering.
b. Memasang termokpel dan termometer bola basah dan bola kering pada tempat
yang sudah ditentukan.
c. Menghidupkan mesin penghasil air aki terlebih dahulu sebelum melakukan
pengambilan data agar kompresor bekerja secara optimal.
d. Pencatatan dalam proses pengambilan data :
Pin : Tekanan refrigeran masuk kompresor.
Pout : Tekanan refrigeran keluar kompresor.
TwbA : Temperatur bola basah udara sebelum masuk ke kondensor.
Tb : Temperatur bola kering udara setelah melewati kondensor.
Tc : Temperatur bola kering udara sebelum melewati evaporator.
Td : Temperatur suhu udara setelah melewati evaporator.
Te : Temperatur suhu udara setelah melewati kipas evaporator.
V : Volume air yang dihasilkan.
Tabel 4.1 Tabel pencatatan hasil pengukuran tekanan dan volume air
4.6 Cara Mengolah Data
Prosedur pengolahan data dan pembahasan yang digunakan selama
penelitian berlangsung :
a. Data yang diperoleh dalam pengambilan data dimasukan pada Tabel 4.2 dan
menghitung rata-rata dari 3 kali percobaan.
b. Rata-rata dari hasil setiap penelitan akan digunakan untuk mencari temperatur
refrigeran ketika melewati kondensor dan evaporator.
c. Mencari rata-rata karakteristik dari mesin penghasil air aki dengan
menggunakan psychrometric chart dan P-h Diagram dengan memasukan data TwbA, TdbA, Tb, Tc, Td, dan Te,
d. Setelah mendapatkan data-data karakteristik dari mesin penghasil aki maka
untuk memudahkan pembahasan dari hasil perhitungan akan digambarkan pada
grafik.
4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan dapat diperoleh dari pembahasan hasil penelitian yang
dilakukan. Kesimpulan adalah intisari dari pembahasan dan kesimpulan harus
dapat menjawab dari tujuan penelitian. Saran diberikan untuk mendapatkan hasil -