i
EFISIENSI AIR COOLER
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1
Diajukan oleh:
RAYMUNDUS CAHYA NUGRAHA JATI NIM: 105214030
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2015
ii
AIR COOLER EFFICIENCY
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by
RAYMUNDUS CAHYA NUGRAHA JATI Student Number: 105214030
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
iii
EFISIENSI AIR COOLER
Disusun Oleh:
Nama: Raymundus Cahya Nugraha Jati
NIM: 105214030
Telah Disetujui Oleh:
Yogyakarta, 2 Februari 2015
Pembimbing Utama
iv
SKRIPSI
EFISIENSI AIR COOLER
Dipersiapkan dan ditulis oleh: Nama: Raymundus Cahya Nugraha Jati
NIM: 105214030
Dipertahankan di hadapan Panitia Penguji Skripsi Fakultas Sains dan Teknologi
Pada tanggal: 26 Januari 2015 Susunan Panitia Penguji:
Ketua : Ir. Rines, M.T. ...
Sekretaris : Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. ...
Anggota : Ir. PK. Purwadi, M.T. ...
Yogyakarta,26 Januari 2015 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta Dekan
v
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak dapat terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 26 Januari 2015
vi
ABSTRAK
Air cooler (evaporative cooler) adalah peralatan yang bekerja dengan basis
proses pendinginan evaporative. Di pusat perbelanjaan banyak dijual evaporative
cooler dengan sebutan air cooler. Proses pendinginan evaporative sangat ramah
terhadap lingkungan karena tidak menggunakan bahan yang merusak lapisan
Ozon atau menimbulkan efek pemanasan global. Tujuan dari penelitian ini adalah
merancang dan membuat air cooler dengan 3 kecepatan udara dan mengetahui karakteristiknya.
Penelitian air cooler ini dilakukan sebanyak dua belas kali selama 900 menit, setiap kecepatan selama 15 menit sebanyak 5 data dan kecepatan akan ditambah secara berulang dan teratur dengan rincian yaitu pertama penelitian air cooler menggunakan cooling pad honey comb dengan menggunakan cairan pendingin air es, penelitian air cooler menggunakan cooling pad honey comb dan
sponge dengan menggunakan cairan pendingin air es, penelitian air cooler
menggunakan cooling pad honey comb dengan menggunakan cairan pendingin air, penelitian air cooler menggunakan cooling pad honey comb dan sponge dengan menggunakan cairan pendingin air. Setiap variasi diambil 3 kali pengambilan data pada masing-masing kecepatan.
Dari penelitian didapatkan (a) Air Cooler dibuat dengan baik sehingga dapat bersaing dengan air cooler yang ada di pasaran. (b) Karakteristik dari air cooler yang dibuat, meliputi : (1)Suhu udara kering keluar (TdBout) terendah dari
variasi cooling pad honey comb adalah menggunakan cairan pendingin air es dengan kecepatan udara low, dengan TdBout = 28,33oC. Suhu udara basah keluar
(TwBout ) terendah dari variasi cooling pad honey comb adalah menggunakan
cairan pendingin air es dengan kecepatan udara low, dengan TdBout = 26,33oC
dengan kondisi udara kering masuk (TdBin) sebesar 30,08oC dan kondisi udara
basah masuk (TwBin) sebesar 27,59oC. (2) Suhu udara kering keluar (TdBout)
terendah dari variasi cooling pad honey comb dan sponge adalah menggunakan cairan pendingin air es dengan kecepatan udara low, dengan TdBout = 28,17oC.
Suhu udara basah keluar (TwBout ) terendah dari variasi cooling pad honey comb
dan sponge adalah menggunakan cairan pendingin air es dengan kecepatan udara
low, dengan TdBout = 26,33oC dengan kondisi udara kering masuk (TdBin) sebesar
30,08oC dan kondisi udara basah masuk (TwBin) sebesar 27,59oC. (3) Efisiensi
yang dihasilkan oleh masing-masing cooling pad kurang maksimal karena tidak seluruh permukaan cooling pad basah. Hal ini diakibatkan oleh water distribution
line yang kurang sempurna sehingga air tidak bersirkulasi baik dalam membasahi cooling pad. Hasil efisiensi terbaik dari semua penelitian air cooler adalah
menggunakan cooling pad honey comb dengan cooling pad sponge dan cairan pendingin air es sebesar 70,20% pada kecepatan low dengan kondisi udara kering masuk (TdBin) sebesar 30,08oC dan kondisi udara basah masuk (TwBin) sebesar
27,59oC.
vii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta:
Nama : Raymundus Cahya Nugraha Jati NIM : 105214030
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta skripsi saya yang berjudul:
Efisiensi Air Cooler
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal: 26 Januari 2015 Yang menyatakan,
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala rahmat dan anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat mendapatkan gelar sarjana teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Skripsi ini membahas mengenai pembuatan dan efisiensi air cooler. Informasi terkait air cooler ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan di kehidupan sehari – hari dengan harga terjangkau baik dari segi harga maupun perawatan.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skrispi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.
3. A. Prasetyadi, M.Si., Dosen Pembimbing Akademik.
4. Raden Constansius Susilarta dan Margaretha Latih Wuriyanti selaku orang tua yang memberikan motivasi dan semangat paling kuat serta membiayai penulis dalam menyelesaikan kuliah dan skripsi ini.
5. Veronika Dianta Nugraha Purnamasari dan Felex Teguh Nugraha Jati, sebagai kakak kandung dan adik kandung penulis.
ix
6. Danar Thamika Jati sebagai teman seperjuangan sekaligus teman dekat penulis.
7. Marco, Nely dan Giovanni yang selalu memberikan penghiburan penulis. 8. Teman-teman Teknik Mesin USD angkatan 2010.
9. Keluarga besar Komando Resimen Mahasiswa Mahakarta Satuan Menwa Ignatian Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
10. Seluruh staff pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
11. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan kritik, serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.
Yogyakarta, 26 Januari 2015
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
ABSTRAK ... vi
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan masalah ... 3 1.3 Tujuan Penelitian ... 3 1.4 Batasan Masalah ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 5
xi
2.1.1 Air Cooler (Evaporative Cooler) ... 5
2.1.2 Pendinginan Evaporative ... 8
2.1.3 Sifat-Sifat Udara Basah ... 12
2.1.4 Psychrometric Chart ... 15
2.1.5 Efisiensi Pendinginan Evaporative ... 17
2.1.6 Faktor Pertimbangan Dalam Pemilihan Sistem Penyegaran Udara ... 19
2.2 Tinjauan Pustaka ... 21
BAB III RANCANGAN PEMBUATAN AIR COOLER ... 25
3.1 Persiapan ... 25
3.2 Bahan Pembuatan Air Cooler ... 25
3.3 Sarana Dan Alat Yang Digunakan ... 28
3.4 Proses Pengerjaan Air Cooler ... 30
3.4.1 Merancang Air Cooler ... 30
3.4.2 Menyiapkan Alat Dan Bahan ... 32
3.4.3 Menyiapkan Keperluan Lainnya ... 32
3.4.4 Pemotongan Alumunium List Dan Plat Galvalum ... 32
3.4.5 Pengeboran Alumunium List Dan Plat Galvalum ... 33
3.4.6 Pemasangan Bak Penampung Air Dan Pompa Air .... 34
xii
3.4.8 Pemasangan Cooling Pad Honey Comb ... 35
3.4.9 Pemasangan Cooling Pad Sponge ... 36
3.4.10 Cara Kerja Air Cooler ... 36
3.5 Hasil Pembuatan ... 37
3.6 Kesulitan Dalam Pengerjaan ... 37
3.7 Pengujian Alat Air Cooler ... 37
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 39
4.1 Objek Penelitian ... 39
4.2 Skematis Pengujian ... 39
4.3 Variasi Penelitian ... 40
4.4 Peralatan Pengujian ... 41
4.5 Cara Memperoleh Data ... 43
4.6 Cara Mengolah Data ... 43
4.7 Cara Menyimpulkan ... 44
BAB V HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 45
5.1 Hasil Pengujian ... 45
5.1.1 Pengujian Air Cooler Dengan Menggunakan Cooling Pad Honey Comb dan Cairan Pendingin Air Es ... 45
xiii
5.1.2 Pengujian Air Cooler Dengan Menggunakan
Cooling Pad Honey Comb dan Cooling Pad Sponge
dan Cairan Pendingin Air Es ....
5.1.3 Pengujian Air Cooler Menggunakan Cooling Pad
Honey Comb dan Cairan Pendingin Air ... 48 5.1.4 Pengujian Air Cooler Dengan Menggunaka Cooling
Pad Honey Comb dengan Cooling Pad Sponge dan
Cairan Pendingin Air ... 49 5.2 Perhitungan ... 51 5.2.1 Perhitungan Efisiensi Air Cooler Dengan
Menggunakan Cooling Pad Honey Comb dan Cairan Pendingin Air Es ... 51 5.2.2 Perhitungan Efisiensi Air Cooler Dengan
Menggunakan Cooling Pad Honey Comb dan
Cooling Pad Sponge dan Cairan Pendingin Air Es .. 51 5.2.3 Perhitungan Efisiensi Air Cooler Dengan
Menggunakan Cooling Pad Honey Comb dan
Cairan Pendingin Air ... 52
xiv
5.2.4 Perhitungan Efisiensi Air Cooler Dengan Menggunakan Cooling Pad Honey Comb dan
Cooling Pad Sponge dan Cairan Pendingin Air ...
5.2.5 Penghitungan Air Cooler ... 54
5.3 Analisa Data ... 58
5.3.1 Pengaruh Kecepatan Aliran Udara Terhadap Kondisi Udara Kering Keluar Air Cooler ... 58
5.3.2 Pengaruh Kecepatan Aliran Udara Terhadap Kondisi Udara Basah Keluar Air Cooler ... 59
5.3.3 Pengaruh Kecepatan Aliran Udara Terhadap Efisiensi Air Cooler ... 60
5.3.4 Membandingkan Cooling Pad ... 65
BAB VI KESIMPULAN ... 66
6.1 Kesimpulan ... 66
6.2 Saran ... 67
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data berbagai kondisi penelitian dan berbagai kecepatan ... 43 Tabel 5.1 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan
menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara low) ... 46 Tabel 5.2 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan
menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara medium) ... 46 Tabel 5.3 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan
menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara
high)... 46
Tabel 5.4 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dengan
cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air es
(kecepatan udara low) ... 47 Tabel 5.5 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dengan
cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air es
(kecepatan udara medium) ... 47 Tabel 5.6 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dengan
cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air es
(kecepatan udara high) ... 48 Tabel 5.7 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan
menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara
low)... 48 Tabel 5.8 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan
menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara
xvi
Tabel 5.9 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara
high)... 49
Tabel 5.10 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dengan
cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air
(kecepatan udara low) ... 50 Tabel 5.11 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dengan
cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air
(kecepatan udara medium) ... 50 Tabel 5.12 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dengan
cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air
(kecepatan udara high) ... 50 Tabel 5.13 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb dan
menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara
low)... 54
Tabel 5.14 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb dan menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara
medium)... 54
Tabel 5.15 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb dan menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara
high)... 54
Tabel 5.16 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb dengan cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara low)... 55
xvii
Tabel 5.17 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb dengan cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara medium) ... 55 Tabel 5.18 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb
dengan cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan udara high) ... 55 Tabel 5.19 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb dan
menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara low) ... 56 Tabel 5.20 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb dan
menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara
medium)... 56
Tabel 5.21 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb dan menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara high)... 56 Tabel 5.22 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb
dengan cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara low) ... 57 Tabel 5.23 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb
dengan cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara medium) ... 57 Tabel 5.24 Hasil penghitungan menggunakan cooling pad honey comb
dengan cooling pad sponge dan menggunakan cairan pendingin air (kecepatan udara high) ... 57
xviii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Direct evaporative cooling ... 6
Gambar 2.2 Indiract evaporative cooling... 7
Gambar 2.3 Proses pendinginan evaporative... 11
Gambar 2.4 Rangka diagram psikometrik ... 16
Gambar 2.5 Delapan proses thermodinamika dasar... 17
Gambar 3.1 Alumunium list dan plat galvalum ... 26
Gambar 3.2 Pad honey comb dan pad sponge ... 26
Gambar 3.3 Fan/kipas dan motor penggerak ... 26
Gambar 3.4 bak penampung air dan pompa air ... 27
Gambar 3.5 Selang dengan diameter dalam 5 mm dan mur baut ... 27
Gambar 3.6 strimin dan kaca ... 27
Gambar 3.7 Gerinda dan mesin bor ... 28
Gambar 3.8 Obeng (+/-) dan kunci ring/pas ... 29
Gambar 3.9 Meteran dan cutter ... 29
Gambar 3.10 Termometer dry bulb/wet bulb dan stopwatch ... 29
Gambar 3.11 Rancangan air cooler tampak depan ... 30
Gambar 3.12 Air cooler tampak kanan ... 31
Gambar 3.13 Air cooler tampak kiri ... 31
xix
Gambar 3.15 Proses pemotongan alumunium list dan pemotongan plat
galvalum ... 33
Gambar 3.16 Proses pengeboran alumunium list dan pengeboran plat galvalum ... 33
Gambar 3.17 Proses pemasangan dan penguncian alumunium list dan plat galvalum ... 34
Gambar 3.18 Proses pemasangan bak penampung air dan pompa air... 34
Gambar 3.19 Proses pemasangan fan/kipas ... 35
Gambar 3.20 Proses pemasangan pad honey comb ... 35
Gambar 3.21 Proses pemasangan pad sponge ... 36
Gambar 4.1 Skema rangkaian alat ... 39
Gambar 4.2 Termometer bola basah dan termometer bola kering ... 41
Gambar 4.3 Roll kabel listrik dan kalkulator ... 42
Gambar 4.4 Alat tulis, stop watch dan anemometer ... 42
Gambar 5.1 Kondisi udara kering keluar (TdBout) pada pengujian air cooler untuk beberapa kecepatan ... 58
Gambar 5.2 Kondisi udara basah keluar (TwBout) dari air cooler untuk berbagai kondisi dan berbagai kecepatan ... 59
Gambar 5.3 Perbandingan efisiensi cooling pad honey comb dan air es dan efisiensi cooling pad honey comb dengan sponge dan air es untuk berbagai kecepatan ... 61
xx
Gambar 5.4 Perbandingan efisiensi cooling pad honey comb dan air dan efisiensi cooling pad honey comb dengan sponge dan air untuk berbagai kecepatan ...
62
Gambar 5.5 Perbandingan efisiensi cooling pad honey comb dan air es dan efisiensi cooling pad honey comb dan air untuk berbagai kecepatan ... 63 Gambar 5.6 Perbandingan efisiensi cooling pad honey comb dengan
sponge dan air es dan efisiensi cooling pad honey comb
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada zaman sekarang ini kenyamanan didalam beraktivitas merupakan salah satu tuntutan kebutuhan hidup hampir semua manusia dimana tidak hanya orang-orang yang berkucukupan yang memerlukan, tetapi juga untuk pelajar agar dapat belajar dengan baik, karyawan agar dapat memaksimalkan hasil kerja dan bahkan setiap rumah hunian juga memerlukan kenyamanan untuk menjaga kenyaman beraktivitas bersama keluarga. Kenyamanan di dalam beraktivitas dapat dicapai dengan tersedianya lingkungan yang bersih, sejuk, dan bebas dari polusi. Tentu keadaan yang seperti ini sudah sangat jarang ditemukan di lingkungan tempat tinggal kita, khususnya daerah perkotaan yang memiliki kualitas udara buruk/kotor.
Udara kotor dapat disebabkan karena adanya berbagai macam polusi udara. Polusi udara ini dapat disebabkan dari berbagai macam sumber, yaitu asap knalpot kendaraan bermotor, asap rokok, asap dari pabrik-pabrik yang beroperasi, asap pembakaran sampah, bakteri/virus, bau keringat manusia. Berbagai macam upaya telah dilakukan manusia untuk mengurangi udara panas dan kotor, contoh yang banyak digunalan adalah AC (Air Conditioner) dan air cooler.
AC (Air Conditioner) bekerja dengan cara mensirkulasikan udara dalam
satu ruangan melewati bagian evaporator yang terdiri dari pipa-pipa dan sirip-sirip pendingin dimana gas pendingin (freon) mengalir. AC (Air Conditioner) sangat
mudah didapatkan di toko-toko elektronik, dan udara dingin yang dihasilkan bervariatif sesuai kebutuhan. Namun AC (Air Conditioner) mempunyai beberapa kekurangan yang cukup merugikan yaitu selain memerlukan daya listrik yang besar penggunaan freon sebagai cairan pendingin sangat merusak lingkungan karena mengikis lapisan ozon yang juga sebagai salah satu penyumbang terbesar pemanasan global yang saat ini sudah mulai dirasakan dampaknya. Jika dibandingkan dengan air cooler maka semua kekurangan dari AC (Air
Conditioner) dapat diatasi karena air cooler selain hanya membutuhkan daya
yang kecil juga lebih ramah lingkungan.
Prinsip kerja air cooler hampir sama dengan AC (Air Conditioner) tetapi udara dilewatkan pada suatu ruangan melewati suatu pad dimana pad berfungsi sebagai tempat mengalir air yang nantinya akan menghasilkan udara dingin dan sekaligus sebagai penyaring udara kotor. Air cooler lebih menguntungkan dibandingkan AC (Air Conditioner). Adapun keuntungannya adalah lebih ramah lingkungan karena mempergunakan cairan pendingin air, mudah perawatannya dan daya yang diperlukan juga kecil karena hanya menggunakan kipas angin dan pompa. Dilihat dari segi ekonomipun air cooler lebih murah dibandingkan dengan AC (Air Conditioner). Kerugian dari penggunaan air cooler adalah pendinginan udaranya bersifat lokal, lebih ribet karena harus mengisi air dan membekukan ice pack.
Berdasarkan latar belakang di atas, penulis tertarik untuk melakukan penelitian tantang air cooler. Tujuannya untuk meningkatkan kondisi udara dingin yang dihasilkan.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Air cooler yang berada di pasaran masih dimungkinkan untuk dinaikkan
nilai efisiensinya atau masih dimungkinkan untuk diturunkan suhu udara keluar dari air cooler. Bagaimana menemukan salah satu solusi untuk meningkatkan efisiensi air cooler yang ada di pasaran ?
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian tentang peralatan air cooler ini adalah : a. Merancang dan membuat air cooler dengan 3 kecepatan udara. b. Mengetahui karakteristik dari air cooler yang dibuat, meliputi :
Kondisi udara yang dihasilkan dengan daya 3 variasi kecepatan udara menggunakan cooling pad honey comb.
Kondisi udara yang dihasilkan dengan daya 3 variasi kecepatan udara menggunakan cooling pad honey comb dan sponge.
Efisiensi mesin air cooler.
1.4 BATASAN MASALAH
Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan alat air cooler ini adalah:
a. Air cooler menggunakan cooling pad honey comb dan cooling pad sponge. b. Ada 3 kecepatan udara : kecepatan high, kecepatan medium dan kecepatan
c. Pad honey comb dengan tinggi 250 mm, panjang 200 mm dan lebar 35 mm. d. Pad sponge dengan tinggi 250 mm, panjang 180 mm dan lebar 20 mm.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat penelitian tentang air cooler ini adalah : a. Menambah wawasan pengetahuan tentang air cooler.
b. Dapat dijadikan referensi perpustakan bagi para pembuat dan para peneliti air
cooler.
c. Dapat sebagai contoh air cooler yang dapat digunakan oleh kalangan masyarakat luas.
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori 2.1.1 Air Cooler
Air Cooler merupakan sebuah mesin pendingin yang menggunakan prinsip evaporative cooling. Pendinginan evaporative atau secara teknik disebut dengan
pendinginan adiabatik adalah suatu proses pengkondisian udara yang dilakukan dengan membiarkan kontak langsung antara udara dengan uap air sehingga terjadi perubahan dari panas sensibel menjadi panas laten. Pada daerah yang beriklim panas dan kering seperti Amerika Serikat dan beberapa negara lain, penggunaan
air cooler dapat dilihat pada sebagian atau seluruh bangunan yang ada pada
daerah tersebut karena air cooler dapat mereduksi seperempat dari penggunaan energi refrigerant air conditioner. (Althouse, Bracciano, and Turnquist, 2005).
2.1.1.1 Tipe Desain Air Cooler (Evaporative Cooler) 1. Direct evaporative cooling
Direct evaporative cooling merupakan suatu cara yang digunakan untuk
mendinginkan udara dengan sangat sederhana. Sistem ini menambahkan uap air langsung ke uap air yang sudah ada di udara sehingga meningkatkan kelembaban udara (Relative Humidity). Prinsip kerja evaporative cooling dapat dilihat pada Gambar 2.1 dimana udara dari luar (outdoor air) dialirkan secara paksa menggunakan blower atau fan melalui cooling pad yang dijaga tetap lembab
dengan mengalirkan air dari bagian atas cooling pad sehingga sebagian panas sensibel dari udara dipindahkan ke air dan menjadi panas laten dan menyebabkan suhu udara menjadi dingin. (Karpiscak, 1994, p.3)
Gambar 2.1 Direct evaporative cooling 2. Indirect evaporative cooling
Indirect evaporative cooling merupakan proses mendinginkan tanpa
meningkatkan kelembaban udara (RH). Menggunakan sistem indirect, lebih mahal dan mengkonsumsi energi yang lebih banyak jika dibandingkan dengan menggunakan sistem direct evaporative cooler. Prinsip kerja dari sistem ini ditunjukkan pada Gambar 2.2. Supplay fan mengalirkan udara luar (outdor air) hingga bersentuhan dengan satu sisi permukaan heat exchanger yang dingin, yang didalamnya mengalir udara (secondary air) yang suhunya relatif rendah. Setelah terjadi perpindahan panas antara udara yang mengalir di luar heat exchanger dengan udara yang berada di dalam melalui heat exchanger, udara yang di dalam suhunya menjadi naik dan pada saat bersamaan pada sisi lain heat exchanger bersentuhan dengan cooling pad sehingga terjadi proses direct evaporative
Gambar 2.2 Indiract evaporative cooling
2.1.1.2 Bagian-Bagian Air cooler
Air Cooler terdiri dari beberapa bagian antara lain :
a. Rumah atau casing
Bagian yang merupakan frame atau rangka dari sebuah air cooler dan berfungsi sebagai tempat melekatnya cooling pad, pompa, dan instalasi water
distribution.
b. Blower atau fan
Blower atau fan merupakan peralatan yang berfungsi mengalirkan udara
luar dengan prinsip perbedaan tekanan yang terjadi pada inlet dan outlet. Untuk kapasitas mulai dari 1000 cfm hingga 2000 cfm digunakan fan tipe axial sedangkan untuk kapasitas 3000 cfm keatas digunakan blower tipe aliran sentrifugal.
c. Cooling pad
Cooling pad merupakan bagian yang berfungsi sebagai filter dan media
pendingin. Umumnya cooling pad terbuat dari bahan fiberglass, serat selulosa, atau aspen wood fiber.
d. Pompa
Pompa berfungsi mensirkulasi air dari water tank (tempat penampungan air). Pompa bekerja ketika udara dialirkan oleh fan melewati cooling pad dimana pompa mengalirkan air dari water tank ke bagian atas cooling pad.
e. Water distribution line
Water distribution line merupakan peralatan yang tepat terletak di bagian
atas dari cooling pad. Peralatan ini berfungsi mendistribusikan air agar seluruh permukaan dari cooling pad dapat menerima aliran air sehingga seluruh permukaan dapat dijaga tetap lembab (E-source, 1995)
2.1.2 Pendinginan Evaporative
Proses pendinginan evaporative atau secara teknik disebut dengan proses pendinginan adiabatik adalah suatu proses pengkondisian udara yang dilakukan dengan membiarkan kontak langsung antara udara dengan air, sehingga terjadi perpindahan panas dan perpindahan massa antara keduanya. Temperatur bola kering udara akan menurun dalam proses ini, dan panas sensibel yang dilepaskan digunakan untuk menguapkan sebagian butiran air. Apabila selang waktu kontak air dan udara mencukupi, maka udara akan mencapai kondisi saturasi. Ketika kondisi equilibrium tercapai, temperatur air menurun hingga sama dengan
temperatur bola basah udara. Secara umum akan diperoleh bahwa temperatur bola basah udara sebelum dan sesudah proses adalah sama karena proses semacam ini terjadi di sepanjang garis olah basah (wB) yang konstan.
Berikut ini adalah fakta yang terjadi dalam proses pendinginan udara dengan cara saturasi adiabatik :
a. Hanya terjadi perpindahan panas internal, jumlah panas sensibel yang dilepaskan adalah sama dengan jumlah panas laten yang diterima, dan jumlah panas total dari udara yang melalui pendinginan adalah konstan.
b. Temperatur bola basah adalah konstan, temperatur bola kering turun, dan temperatur dew point naik.
c. Titik-titik air pada pad basah pada air cooler akan dengan sendirinya menyesuaikan pada temperatur bola basah. Apabila titik-titik air yang masuk pada pendinginan memiliki temperatur lebih rendah daripada temperatur bola basah, maka mula-mula temperatur titik-titik air tersebut akan naik hingga mencapai temperatur bola basah kemudian baru menguap. Apabila titik-titik air yang masik pada pendingin memiliki temperatur lebih tinggi daripada temperatur bola basah, maka temperatur titik-titik air itu akan turun hingga mencapai temperatur bola basah oleh karena terjadinya penguapan. Temperatur air yang akan masuk ke pendingin hanya memiliki pengaruh yang sangat kecil terhadap efisiensi pendinginan oleh karena panas untuk pendingin 1 kg air hingga mencapai temperatur bola basah biasanya kurang dari 23.29kJ, sedangkan panas yang akan diserapnya ketika menguap adalah sebesar 1118.3kJ.
d. Kuantitas pendinginan udara yang dihasilkan adalah berbanding secara lurus terhadap jumlah air yang menguap.
e. Apabila kondisi udara jenuh tercapai, maka temperatur bola kering dari udara yang keluar dari pendingin adalah sama dengan temperatur bola basah dan sama dengan temperatur dew-point. Namun bagaimanapun juga, kondisi udara 100% jenuh jarang sekali dapat dicapai, dan udara yang meninggalkan pendingin walaupun memiliki batas temperatur bola basah sebagai batas peling rendah, namun sesungguhnya tidak benar-benar mampu mencapai temperatur itu.
Dari pengertian diatas, dapat diturunkan persamaan untuk menyatakan proses saturasi adiabatik dari campuran udara – uap air, yaitu jumlah panas sensibel yang dilepas adalah sama dengan jumlah panas laten yang diserap, atau secara matematis untuk satu satuan massa udara, dapat dinyatakan dengan Persamaan (2.1) :
(ca + cww) ( dB – wB) = Lv (ws – w) (2.1)
pada Persamaan (2.1)
ca = panas jenis udara kering, kJ/kg.K
cw = panas jenis uap air, kJ/kg.K
w = kelembaban spesifik udara sebelum proses dB = temperatur bola kering
wB = temperatur bola basah
Lv = panas laten penguapan air , kJ/kg
Syarat agar proses pendinginan evaporative dapat berlangsung dengan baik adalah kondisi lingkungan yang panas dan kering, yaitu lingkungan yang memiliki suhu tinggi dan temperatur bola basah yang relatif rendah. Dibandingkan dengan pendinginan sistem refrigerasi, pendinginan evaporative jauh lebih murah. Biaya awal yang dikeluarkan untuk membuat sebuah sistem pendinginan refrigerasi untuk ukuran yang sama, dan energi listrik yang dibutuhkan untuk pengoprasian alat pendingin evaporative pada umumnya kurang dari satu per lima kali dari energi yang dibutuhkan untuk alat pendingin refrigerasi. Hal inilah yang membuat alat pendingin evaporative menjadi pilihan yang disukai di daerah dengan kondisi udara lingkungan yang mengijinkan.
2.1.3 Sifat-sifat Udara Basah
2.1.3.1 Temperatur Bola Kering (dry bulb temperature) (dB)
Temperatur bola kering adalah temperatur udara yang ditunjukkan oleh termometer biasa. Informasi ini cukup sederhana, namun tidak mampu memberikan keterangan yang lengkap karena temperatur bola kering hanya menyatakan derajat kandungan panas sensibel dari suatu substansi, tidak menyatakan kandungan panas laten di dalam udara.
2.1.3.2 Temperatur Bola Basah (wet bulb temperature) (wB)
Penjelasan sederhana mengenai temperatur bola basah adalah temperatur paling rendah yang mampu ditunjukkan oleh termometer yang ‘bola’nya dililit dengan kain atau sumbu basah ketika termometer diletakkan di tempat yang dilalui aliran udara. Panas laten penguapan ditentukan oleh temperatur bola basah, bukan temperatur bola kering karena penguapan aktual terjadi pada pembacaan temperatur bola basah. Ketika udara yang tidak jenuh berhembus melalui termometer bola basah, air dari permukaan yang dibasahi akan menguap, dan panas laten yang diserap oleh proses penguapan air menyebabkan turunnya temperatur yang ditunjukkan oleh termometer. Pada kondisi kesetimbangan, temperatur yang ditunjukkan oleh termometer akan konstan. Temperatur inilah yang disebut dengan temperatur bola basah.
2.1.3.3 Kelembaban Spesifik (spesifik humidity) (w)
Kelembaban spesifik (w) didefinisikan sebagai massa uap air tiap satuan massa udara kering dalam campuran tertentu pada temperatur bola kering (dB) tertentu saat menyatakan kandungan uap air sebenarnya dalam udara. Untuk mengetahui besar kelembaban spesifik (w) dapat ditentukan dengan melihat
Psychrometric Chart dinyatakan dengan skala vertikal yang terletak pada batas
kanan dari diagram.
2.1.3.4 Kelembaban Relatif (relatife humidity) (RH)
Udara bebas akan selalu mengandung uap air, dan apabila udara tersebut mengandung seluruh uap air yang mampu dibawanya, maka dikatakan bahwa udara tersebut mengalami kondisi jenuh. Pada temperatur yang rendah, sangat sedikit uap air yang dibutuhkan untuk membuat udara menjadi jenuh, dan pada temperatur yang tinggi diperlukan banyak uap air untuk membuat udara menjadi jenuh. Dengan demikian, apabila tiba-tiba temperatur udara turun maka sebagian uap air tersebut akan mengembun. Akan tetapi udara tidak selalu berada pada kondisi jenuh, udara pada umumnya berada pada keadaan dibawah titik jenuh. Kelembaban relatif merupakan ukuran dreajat kejenuhan udara pada temperatur bola kering (dB) tertentu. Besaran ini menyatakan prosentase kejenuhan udara. RH = 100% berarti udara dalam keadaan jenuh dan RH = 0% berarti udara dalam keadaan kering sempurna. RH didefinisikan sebagai rasio antara tekanan parsial aktual uap air dengan tekanan parsial saturasi uap air pada temperatur bola kering tertentu. Untuk mengetahui nilai RH dapat dilihat pada Psychrometric Chart.
2.1.3.5 Temperature Dew-point (Ta)
Jika udara didinginkan, maka kemampuan udara untuk mempertahankan uap air yang dikandungnya akan menurun. Pada penurunan temperatur yang lebih lanjut akan menyebabkan kondensasi atau terjadinya embun. Temperatur
dew-point didefinisikan sebagai temperatur dimana uap air dalam udara yang
didinginkan mulai mengembun. Hal ini berarti udara harus didinginkan mencapai temperatur dew-point untuk mengurangi kandungan uap air yang ada di dalamnya.
2.1.3.6 Volume Spesifik (v)
Untuk menghitung volume spesifik campuran udara-uap air, digunakan persamaan gas ideal. Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter-kubik per kilogram udara kering. Dapat juga dikatakan sebagai meter-kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering, karena volume yang diisi oleh masing-masing substansi sama. Dari persamaan gas ideal, volume spesifik v dapat dinyatakan dengan melihat Psychrometric Chart.
2.1.3.7 Entalpi Udara (h)
Entalpi campuran udara kering dan uap air adalah jumlah dari entalpi udara kering dan entalpi uap air. Harga entalpi selalu didasarkan pada bidang data
(datum plane), dan harga entalpi nol untuk udara kering dipilih pada 00 C. Harga entalpi nol untuk uap air berada pada air jenuh bersuhu 00C, yang bidang datanya sama dengan yang digunakan untuk tabel-tabel uap (steam). Suatu persamaan untuk entalpi dapat dinyatakan dengan melihat Psychrometric Chart.
2.1.4 Psychrometric Chart
Psikometrik adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat termodinamika dari udara basah. Secara umum digunakan untuk mengilustrasikan dan menganalisis perubahan sifat termal dan karakteristik dari proses dan siklus sistem penyegaran udara (air conditioning). Diagram psikometrik adalah gambaran dari sifat-sifat termodinamika dari udara basah dan variasi proses sistem penyegaran udara dan siklus sistem penyegaran udara. Dari diagram psikometrik akan membantu dalam perhitungan dan menganalis kerja dan perpindahan energi dari proses dan siklus sistem penyegaran udara. Gambar 2.4. Psychrometric chart dapat dilihat pada lampiran.
Temperatur bola kering (dB) ditunjukkan oleh garis-garis vertikal yang ditarik dari sumbu horisontal diagram. Temperatur bola kering adalah ukuran dari panas sensibel, dan perubahan dari temperatur bola kering menyatakan perubahan dari panas sensibel.
Temperatur bola basah (wB) ditunjukkan oleh garis-garis yang ditarik dari garis saturasi kemudian menurun ke arah kanan bawah sehingga membentuk gradien negatif. Temperatur bola basah adalah merupakan indikator dari panas total (jumlahan dari panas sensibel dan panas laten).
Temperatur dew-point (DP) ditunjukkan dengan titik-titik yang ada di sepanjang garis saturasi. Pada saat kondisi jenuh (saturasi), temperatur dew-point (DP) = temperatur bola basah (wB) = temperatur bola kering (dB). Temperatur
dew-point adalah ukuran panas laten, dan perubahan dari temperatur dew-point
Kelembaban spesifik (W) dinyatakan dengan skala vertikal yang terletak pada batas kanan dari diagram.
Kelembaban relatif (RH) dinyatakan dengan garis yang ditarik dari sebelah kiri bawah diagram yang kemudian membelok ke arah kanan atas dengan kelengkungan yang menyerupai garis saturasi (100% RH).
Volume spesifik (v) adalah kebalikan dari massa jenis dan dinyatakan dalam volume campuran udara-uap air dalam setiap satu satuan udara kering. Volume spesifik dinyatakan dengan garis yang ditarik mulai dari sumbu dB kemudian miring tajam ke arah kiri atas, membentuk gradien negatif. Entalpi atau kandungan panas total (h) dinyatakan dalam jumlah panas yang dikandung oleh setiap satuan massa udara kering. Nilai dari entalpi dapat dilihat di sepanjang skala yang terdapat di garis saturasi pada sisi sebelah kiri diagram.
Gambar 2.4. Rangka diagram psikometrik
Proses yang biasa dilakukan untuk mengkondisikan udara meliputi : pemanasan sensibel, pendinginan sensibel, humidifikasi dan dehumidifikasi,
namun seringkali dua proses diatas digabung untuk memperoleh temperatur dan kelembaban yang diharapkan.
Gambar 2.6 menyajikan delapan proses thermodinamika dasar yang digambarkan dalam psychrometric chart.
Gambar 2.5. Delapan proses thermodinamika dasar Proses-proses tersebut adalah :
a. Pemanasan sensibel (OA) b. Pendinginan sensibel (OB) c. Humidifikasi (OC)
d. Dehumidifikasi (OD)
e. Pemanasan dan humidifikasi (OE) f. Pendinginan dan dehumidifikasi (OF) g. Pendinginan dan humidifikasi (OG) h. Pemanasan dan dehumidifikasi (OH)
2.1.5 Efisiensi Pendinginan Evaporative
Perpindahan panas konveksi secara umum dinyatakan dengan Persamaan (2.2) : dqs = hcdA (Ts – T) (2.2)
Laju aliran panas sensibel dinyatakan dengan Persamaan (2.3) :
dqs = macpmdT (2.3)
pada Persamaan (2.3) ma adalah laju aliran massa udara.
Dengan menggabungkan kedua Persamaan (2.2) dan (2.3) diperoleh :
hcdA ( Ta – T) = macpmdT (2.4)
Dengan mengintegralkan pada batas-batas tertentu, diperoleh Persamaan (2.5).
(2.5) menghasilkan,
(2.6)
Jika, efisiensi dari alat pendingin evaporative yang terkadang disebut juga efisiensi saturasi dinyatakan dengan Persamaan (2.7).
(2.7) maka dari Persamaan (2.7) dapat dinyatakan Persamaan (2.8).
(2.8) Efisiensi ini dapat didefinisikan sebagai : penurunan temperatur bola kering yang dihasilkan dibagi dengan selisih temperatur bola kering dan temperatur bola basah udara yang memasuki sistem.
(2.9) pada Persamaan (2.9)
Td,i = temperatur bola kering udara yang memasuki sistem
Td,0 = temperatur bola kering udara yang keluar sistem
Tw,i = temperatur bola basah udara yang memasuki sistem
Penurunan temperatur bola kering yang mampu dicapai dengan proses pendinginan evaporative tidak dapat lebih rendah daripada temperatur bola basah aliran udara yang memasuki sistem. Pada daerah yang memiliki kelembaban tinggi, udara bebas telah membawa kandungan uap air yang cukup tinggi sehingga hal ini sangat membatasi jumlah pendinginan sensibel yang mampu dicapai dengan proses evaporasi.
2.1.6 Faktor Pertimbangan Dalam Pemilihan Sistem Penyegaran Udara
Sistem penyegaran udara untuk kenyamanan manusia dirancang agar temperatur, kelembaban, kebersihan dan pendistribusian udara dapat dipertahankan pada keadaan yang diinginkan. Oleh sebab itu, perancangan harus mempertimbangkan faktor-faktor pemilihan sistem penyegaran udara. Adapun faktor-faktor pemilihan sistem penyegaran udara meliputi:
a. Faktor kenyamanan
Kenyamanan pada sistem penyegaran udara yang dirancang ditentukan oleh beberapa parameter, antara lain: aliran udara, kebersihan udara, bau, kualitas
ventilasi, tingkat kebisingan dan interior ruangan. Tingkat keadaan pada sistem penyegaran udara dirancang dapat diatur dengan sistem pengaturan yang ada pada mesin penyegar udara.
b. Faktor ekonomi
Dalam proses pemasangan, operasi dan perawatan, serta sistem pengaturan yang digunakan harus diperhitungkan pula segi-segi ekonominya. Oleh sebab itu, dalam percancangan sistem penyegaran udara harus mempertimbangkan biaya awal, operasional dan biaya perawatan yaitu sistem tersebut dapat beroperasi maksimal dengan biaya total yang serendah-rendahnya.
c. Faktor operasi dan perawatan
Pemilihan sistem penyegaran udara yang paling disukai adalah sistem yang mudah dipahami konstruksi, susunan dan cara menjalankannya. Beberapa faktor pertimbangan operasi dan perawatan meliputi:
Konstruksi sederhana Tahan lama
Mudah direparasi jika terjadi kerusakan Mudah perawatannya
Dapat fleksibel melayani perubahan kondisi operasi Efisiensi tinggi
2.2 Tinjauaan Pustaka
Miske (2009) telah melakukan penelitian air cooler berjudul “Rancang Bangun Evaporative Cooler” yang bertujuan : (a) Manfaat rancang bangun
evaporative cooler yaitu evaporative cooler portable ini nantinya dapat dipakai di
tempat-tempat yang memerlukan yaitu tempat yang panas dan kering. Penelitian menggunakan metode : (a) Studi literatur, yang dilakukan dengan mengumpulkan dan mempelajari literatur-literatur yang dapat menunjang proses pembuatan tugas akhir. (b) Desain evaporative cooler, setelah mengumpulkan dan mempelajari literutus yang ada maka langkah selanjutnya dilakukan desain evaporative cooler yang meliputi desain kebutuhan udara pada ventilasi, casing dan pad, pressure
drop, pompa. (c) Pembuatan evaporative cooler, dibuat berdasarkan desain yang
telah dilakukan. (d) Eksperimen, dengan mengambil data yang meliputi tempertur bola kering udara lingkungan (dB in), temperatur bola basah lingkungan (wB in), tempertur bola kering yang dihasilkan (dB out) dan temperatur bola basah yang dihasilkan (wB out). (e) Analisa, yang meliputi pengaruh jumlah pad pada efektifitas evaporative cooler; pengaruh kecepatan udara terhadap efektifitas
evaporative cooler; pangaruh peletakan pad terhadap efektifitas evaporative cooler; pengaruh kecepatan udara terhadap waktu penguapan air. Kesimpulan
yang diambil secara keseluruhan dari hasil penelitian tersebut adalah : (a)
Evaporative cooler hasil rancangan memiliki efektifitas maksimum 91,43%. (b) Efektifitas evaporative cooler akan semakin meningkat apabila jumlah pad lebih
akan semakin meningkat jika pad diletakkan dekat dengan cerobong. (d) Laju penguapan air meningkat jika kecepatan udara semakin tinggi.
Selrianus (2008) telah melakukan penelitian air cooler berjudul “Perencanaan Dan Pembuatan Cooling Pad Untuk Evaporative Cooler” yang bertujuan : (a) Mencari dan memilih bahan bersifat alamiah yang bisa digunakan sebagai bahan untuk cooling pad pada evaporative cooler. (b) Meningkatkan efisiensi pendinginan dari evaporative cooler. (c) Mempelajari pengaruh kecepatan aliran udara, ketebalan, temperatur bola kering (dB) udara masuk, dan temperatur air yang mengalir di cooling pad terhadap efisiensi pendinginan. Penelitian menggunakan metode : (a) Mencari dan menentukan cooling pad dengan cara penentuan kriteria bahan yang akan dipilih, membandingkan sifat pad (penyerapan air, ukuran pori, durability, sifat reaktif terhadap bahan lain, kekakuan pada keadaan lembab dari setiap alternatif bahan). (b) Merancang sistem pengujian untuk pengukuran tekanan. (c) Membuat pad yang digunakan untuk pengujian. (d) Melakukan pengujian untuk mengukur penurunan tekanan. (e) Pembuatan cooling pad. (f) Pengujian yang meliputi mencatat sifat udara (dB in, wB in, dB out, wB out), mengukur kecepatan udara, mengukur temperatur air pada water tank, mengukur laju penguapan dengan cara mencatat waktu yang diperlukan untuk menguapkan air ke udara pada volume tertentu dan mengulang kembali langkah pertama dengan tingkat kecepatan yang berbeda. (g) Analisa meliputi hubungan kecepatan udara terhadap efisiensi pendinginan, laju penguapan setiap cooling pad, pengaruh RHin terhadap efisiensi pendinginan,
membandingkan efisiensi dan kecepatan yang dihasilkan alternatif cooling pad. (h) kesimpulan. Hasil penelitian ini adalah (a) Efisiensi yang dihasilkan oleh
cooling pad yang terbuat dari bahan ijuk dan serabut kelapa kurang maksimal
karena tidak seluruh permukaan cooling pad basah. Hal ini diakibatkan oleh water
distribution line yang tidak bekerja dengan baik dalam mengatur air yang
membasahi cooling pad. (b) Efisiensi pendinginan ijuk maksimal 50% dan serabut kelapa 51%. Tetapi efisiensi rata-rata cooling pad yang terbuat dari serabut kelapa lebih baik dari pada cooling pad yang terbuat dari bahan ijuk. (c) dari kedua bahan alternatif cooling pad yang dianalisa, efisiensi yang dihasilkan tidak lebih baik daripada cooling pad asli dari evaporative cooler. Efisiensi maksimal dari cooling pad asli sebesar 55% sedangkan ijuk hanya 50% dan serabut kelapa 51%. (d) Suhu air pada water tank yang lebih dingin meningkatkan efisiensi pendinginan.
Ekadewi1), Fandi2), Selrianus3) (2007) telah melakukan penelitian air
cooler berjudul “Penggunaan Serabut Kelapa Sebagai Bantalan Pada Evaporative Cooler” yang bertujuan : (a) Pengujian dilakukan untuk mengetahui kinerja air cooler, yang meliputi penurunan temperatur bola kering-db udara, efektifitas air cooler dan laju penguapan air. Penelitian menggunakan metode : (a) Pengujian
dilakukan untuk mengetahui kinerja evaporative cooler, yang meliputi penurunan temperatur bola kering udara, efektifitas evaporative cooler dan laju penguapan air, dengan bantalan serabut dan bantalan asli dari manufaktur. (b) Variabel yang diukur selama pengujian adalah temperatur udara (bola basah dan bola kering) pada masukan dan keluaran, temperatur air, kecepatan aliran udara, waktu 100 ml
air habis selama pengujian. Bantalan serabut kelapa yang diuji memiliki beberapa ketebalan yaitu 1 cm, 1.5 cm dan 2.4 cm. Bantalan ditata dalam wire mess dan sebagian dalam jala-jala. (c) Dari hasil pengujian dilakukan analisa yang meliputi: pengaruh kecepatan udara, pengaruh temperatur bola kering udara masuk, temperatur air terhadap kinerja air cooler. Kesimpulan yang diambil secara keseluruhan dari hasil penelitian tersebut adalah : (a) Kecepatan aliran udara yang lebih rendah menghasilkan penurunan temperatur db dan efektifitas lebih tinggi, serta memerlukan laju penguapan air lebih rendah.. (b) Semakin tinggi temperatur bola kering dan semakin rendah RH udara masuk, semakin besar penurunan temperatur db dan semakin tinggi efektifitas evaporative cooler. (c) Semakin rendah temperatur air yang membasahi bantalan, semakin sedikit laju penguapan air. (d) Semakin tebal bantalan semakin bagus kinerja air cooler. (e) Serabut kelapa dapat digunakan sebagai bantalan dalam air cooler.
BAB III
RANCANGAN PEMBUATAN AIR COOLER
3.1 Persiapan
Pada proses pembuatan air cooler yang perlu dipersiapkan dari awal, pembuatan desain air cooler dengan 2 pad yaitu pad honey comb dan pad sponge. Proses persiapan selanjutnya adalah pengukuran-pengukuran terhadap desain air
cooler meliputi rangka, body dan sirkulasi air.
3.2 Bahan Pembuatan Air Cooler
Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan air cooler ini adalah :
a. Alumunium list
b. Plat galvalum
c. Pad honey comb 250 mm x 200 mm x 35 mm. d. Pad sponge 250 mm x 180 mm x 20 mm e. Fan/kipas
f. Motor penggerak fan g. Bak penampung air h. Pompa air
i. Selang dengan diameter dalam 5 mm j. Baut dan Mur
k. Strimin l. Kaca
Gambar 3.1 Alumunium list dan plat galvalum
Gambar 3.2 Pad honey comb dan pad sponge
Gambar 3.4 bak penampung air dan pompa air
Gambar 3.5 Selang dengan diameter dalam 5 mm dan mur baut
3.3 Sarana Dan Alat Yang Digunakan
Sarana dan alat – alat yang digunakan dalam penelitian air cooler sebagai berikut :
a. Gerinda berfungsi untuk memotong alumunium list dan plat galvalum yang akan digunakan untuk rumah/casing air cooler.
b. Bor berfungsi untuk melubangi alumunium list dan plat galvalum untuk pemasangan mur dan baut.
c. Obeng (+, -) berfungsi untuk membuka atau mengancing. d. Kunci ring/pas untuk membuka atau mengancing.
e. Meteran berfungsi untuk menentukan ukuran alumunium list, plat galvalum dan pad.
f. Cutter berfungsi untuk melubangi pad dari sponge.
g. Termometer berfungsi untuk mengukur derajat kandungan panas sensibel dari
air cooler.
h. Stopwatch berfungsi untuk mengetahui waktu yang digunakan dalam pengambilan data.
Gambar 3.8 Obeng (+/-) dan kunci ring/pas
Gambar 3.9 Meteran dan cutter
3.4 Proses Pengerjaan Air Cooler (Evaporative Cooler)
Proses pengerjaan air cooler terdapat tahap – tahap pembuatan sebagai berikut :
3.4.1 Persiapan Merancang Air Cooler
Dalam merancang air cooler pembuatan desain dapat dilakukan dengan proses manual maupun dengan menggunakan software.
Gambar 3.12 Air cooler tampak kanan
Gambar 3.14 Air cooler tampak belakang
3.4.2 Menyiapkan Alat dan Bahan
Setelah perancangan air cooler selesai dilaksanakan maka, perlu menyiapkan alat dan bahan untuk pembuatan alat.
3.4.3 Menyiapkan Keperluan Lainnya
Setelah menyiapkan bahan-bahan air cooler selesai, maka perlu mempersiapkan untuk membuat alat air cooler.
3.4.4 Pemotongan Alumunium List dan Plat Galvalum
Pemotongan alumunium list dan plat galvalum menggunakan gerinda dengan mata gerinda khusus potong, tujuan digunakan mata gerinda khusus potong adalah untuk mempermudah pemotongan alumunium list dan plat
berdasarkan ukuran yang sudah ditentukan dengan jumlah 8 batang masing-masing berukuran 255 mm dan 4 batang masing-masing-masing-masing 505 mm kemudian dilanjutkan pemotongan plat galvalum dengan jumlah 4 lembar masing-masing 250 mm x 500 mm dan 2 lembar masing masing 250 mm x 250 mm, tiap lembar dilubangi sesuai kebutuhan pemasangan bagian-bagian air cooler.
Gambar 3.15 Proses pemotongan alumunium list dan pemotongan plat galvalum
3.4.5 Pengeboran Alumunium List dan Plat Galvalum
Alumunium list dibor dengan mengurangi 10 mm dari setiap batang yang
sudah dipotong pada masing masing sisinya kemudian plat galvalum dibor berdasarkan lubang yang sudah dibuat pada alumunium list.
Setelah proses pengeboran selesai, dilanjutkan dengan proses pemasangan
alumunium list dengan plat galvalum menggunakan mur dan baut.
Gambar 3.17 Proses pemasangan dan penguncian alumunium list dan plat
galvalum
3.4.6 Pemasangan Bak Penampung Air dan Pompa Air
Dilakukan pemotongan pada plat galvalum sesuai dengan bentuk bak penampung air, hal ini dimaksudkan agar bak peneampung air tidak gampang bergeser ketika air cooler digeser. Kemudian dilanjutkan dengan pemasangan pompa air pada dasar bak penampung air.
3.4.7 Pemasangan Fan/Kipas
Memasang fan/kipas dengan mengebor alumunium list dan plat galvalum sesuai ukuran body fan/kipas dan kemudian ditambahkan kayu pada pegangan kipas. Hal ini dimaksudkan agar fan/kipas tidak bergeser ketika berputar pada seluruh kecepatan. Pengancingan posisi fan/kipas menggunakan mur dan baut.
Gambar 3.19 Proses pemasangan fan/kipas 3.4.8 Pemasangan Pad Honey Comb
Pad honey comb dipilih dengan ukuran 250 mm x 200 mm x 35 mm, kemudian ditempatkan pada housing. Pertama – tama pada plat galvalum dan alumunium list dibor sesuai dengan ukuran housing pad, kemudian dikancing menggunakan mur dan baut.
3.4.9 Pemasangan Pad Sponge
Sponge yang digunakan adalah sponge biasa dan dilubangi sedemikian
rupa menggunakan cutter agar air diharapkan bisa bersirkulasi dengan lancar. Pad
sponge dibentuk dengan ukuran 250 mm x 180 mm x 20 mm, kemudian
ditempatkan pada housing. Pemasangan dilakukan dengan double tip super lekat, hal ini dimaksudkan agar proses perbaikan menjadi mudah ketika terjadi hal-hal yang perlu diperbaiki.
Gambar 3.21 Proses pemasangan pad sponge 3.4.10 Cara Kerja Air Cooler (Evaporative Cooler)
Cara Kerja dari air cooler ini sebenarnya sangat sederhana yaitu sama seperti cara kerja kipas angin biasa. Perbedaanya adalah ada sirkulasi air didalamnya, yang bertujuan untuk mendinginkan udara. Sebenarnya ada beberapa cara untuk mendinginkan udara akan tetapi jika dilihat dari segi ekonomi dan efek untuk lingkungan, air cooler lebih baik dibandingkan dengan AC (Air
Conditioner) ataupun jenis mesin pendingin udara yang lain.
Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada air cooler yaitu menggunakan penguapan air untuk mendinginkan dan menambah kadar air atau kelembaban pada aliran udara, sehingga temperatur bola kering menjadi lebih
dingin daripada sebelum mengalami proses penguapan. Temperatur bola kering menjadi lebih dingin karena udara dari luar (outdoor air) dialirkan secara paksa menggunakan blower atau fan melalui cooling pad yang dijaga tetap lembab dengan mengalirkan air dari bagian atas cooling pad sehingga sebagian panas sensibel dari udara dipindahkan ke air dan menjadi panas laten dan menyebabkan suhu udara menjadi dingin.
3.5 Hasil Pembuatan
Hasil pembuatan air cooler dapat dilihat pada lampiran.
3.6 Kesulitan Dalam Pengerjaan
Adapun kesulitan-kesulitan dalam pengerjaan air cooler antara lain sebagai berikut :
a. Memotong plat galvalum sesuai dengan bentuk bak penampung air. b. Membuat lubang pada pad sponge agar air dapat bersikulasi.
c. Membuat sirkulasi air agar sederhana dan optimal.
3.7 Pengujian Alat Air Cooler
Pada pengujian ini alat menggunakan 3 kecepatan dan 2 pad. Pada tiap selang saluran sirkulasi air menuju masing-masing pad diberi keran untuk menutup atau membuka saluran air, hal ini dimaksudkan agar dapat dipilih pad yang mana yang akan dialiri air.
Pada proses selanjutnya adalah menyalakan air cooler, kecepatan putar
fan/kipas dapat diatur terhadap hasil pendinginan udara yang dihasilkan.
Perhitungan dilakukan setelah data yang diperlukan didapat. Data yang dibutuhkan adalah data temperatur bola kering udara lingkungan (dB in), data temperatur bola basah lingkungan (wB in), data temperatur temperatur bola kering yang dihasilkan (dB out) dan data temperatur bola basah yang dihasilkan (wB out). Data temperatur lingkungan diambil di sekitar air cooler dan data temperatur yang dihasilkan diambil di depan hembusan air cooler. Semua data diambil menggunakan termometer bola kering dan termometer bola basah.
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Objek Penelitian
Objek yang diteliti adalah air cooler yang merupakan hasil rancangan sendiri.
4.2 Skematis Pengujian
Skematis pengujian pada air cooler disajikan pada Gambar 4.1.
Keterangan :
1. Sumber listrik (PLN) 2. Air cooler
3. Termometer bola basah dan termometer bola kering
4. Stop watch
5. Anemometer
Untuk mengoperasikan air cooler diperlukan adanya sumber listrik yang diambil dari PLN (Perusahaan Listrik Negara). Termometer bola basah dan termometer bola kering digunakan untuk mengukur temperatur bola kering lingkungan (dB in), temperatur bola basah lingkungan (wB in), temperatur bola kering yang dihasilkan (dB out) dan temperatur bola basah yang dihasilkan (wB out). Stop watch digunakan untuk mengatur waktu tiap tahap pengambilan data. Anemometer digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara yang dihembuskan oleh air cooler.
4.3. Variasi Penelitian
Variasi penelitian dilakukan terhadap kecepatan udara yang dihembuskan oleh air cooler :
1. Posisi kecepatan udara high dengan air es dan air 2. Posisi kecepatan udara medium dengan air es dan air 3. Posisi kecepatan udara low dengan air es dan air
4.4. Peralatan Pengujian
Pada pengujian air cooler, diperlukan beberapa alat bantu, adapun peralatan tersebut adalah:
a. Termometer bola kering (dry bulb thermometer), sebagai alat pengukur temperatur udara yang menyatakan derajat kandungan panas sensibel.
b. Termometer bola basah (wet bulb thermometer), sebagai alat pengukur temperatur udara yang menyatakan derajat kandungan panas laten di dalam udara.
c. Anemometer, sebagai alat pengukur kecepatan udara.
d. Roll kabel listrik, digunakan untuk menyalurkan listrik dari pusat. e. Kalkulator dan alat tulis, digunakan untuk menulis dan mengolah data. f. Stopwatch, sebagai pengukur waktu.
Gambar 4.3 Roll kabel listrik dan kalkulator
4.5. Cara Memperoleh Data
Data penelitian diperoleh dari nilai –nilai yang ditampilkan oleh alat ukur dan waktu yang dicatat di stopwatch.
Tabel 4.1 Data berbagai kondisi penelitian dan berbagai kecepatan
No t (menit)
Kondisi Udara Masuk Kondisi Udara Keluar V Udara (m/s) TdB (oC) TwB (oC) RH (%) TdB (oC) TwB (oC) RH (%) 1 15 2 30 3 45 4 60 5 75
4.6. Cara Mengolah Data
Data penelitian diperoleh dari nilai –nilai yang ditampilkan oleh alat ukur dan waktu yang dicatat di stopwatch. Setelah data-data diperoleh dari penelitian, data kemudian diolah. Hasil pengolahan data kemudian disajikan dalam bentuk diagram batang :
a. Pengaruh kecepatan aliran udara terhadap kondisi udara kering keluar air
cooler.
b. Pengaruh kecepatan aliran udara terhadap kondisi udara basah keluar air
cooler.
c. Pengaruh kecepatan aliran udara dan ketebalan cooling pad terhadap efisiensi air cooler.
Untuk menghitung kelembaban relatif (RH) dilakukan dengan melihat pada
Psychrometric Chart setelah semua data diperoleh.
Untuk menghitung efisiensi pendinginan udara, dilakukan dengan mempergunakan persamaan (2.9)
4.7. Cara Menyimpulkan
Setelah pengolahan data, dilakukan pembahasan terhadap hasil penelitian. Pembahasan dilakukan dengan memperhatikan hasil– hasil penelitian lain dan juga memperhatikan tujuan penelitian, kesimpulan harus terkait terhadap tujuan dari penelitian.
BAB V
HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil Pengujian
Hasil pengujian Air Cooler yang, meliputi : selang waktu, kondisi air, temperatur bola kering masuk (TdBin), temperatur bola basah masuk (TwBin),
kelembaban relatif masuk (RHin), temperatur bola kering keluar (TdBout),
temperatur bola basah keluar (TwBout) dan kelembaban relatif keluar (RHout)
disajikan pada Tabel 5.1 sampai Tabel 5.12 untuk kondisi yang berbeda dan kecepatan udara berbeda. Ada 3 kondisi kecepatan udara: (1) Kecepatan high (kondisi kipas high) (2) Kecepatan medium (kondisi kipas medium) (3) Kecepatan low (kondisi kipas low)
5.1.1 Pengujian Air Cooler Dengan Menggunakan Cooling Pad Honey Comb dan Cairan Pendingin Air Es
Hasil pengujian air cooler yang menggunakan cooling pad honey comb dan menggunakan cairan pendingin air es disajikan pada Tabel 5.1 sampai Tabel 5.3.
Tabel 5.1 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan kipas low) No t
(menit)
Kondisi Udara Masuk Kondisi Udara Keluar V Udara (m/s) TdB (oC) TwB (oC) RH (%) TdB (oC) TwB (oC) RH (%) 1 15 30,08 27,59 80,15 28,50 26,00 82,67 4,17 2 30 30,08 27,59 80,15 28,17 26,00 82,67 4,17 3 45 30,08 27,59 80,15 28,50 26,50 84,00 4,17 4 60 30,08 27,59 80,15 28,50 26,50 84,00 4,17 5 75 30,08 27,59 80,15 28,83 26,83 84,00 4,17
Tabel 5.2 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan kipas medium) No t
(menit)
Kondisi Udara Masuk Kondisi Udara Keluar V Udara (m/s) TdB (oC) TwB (oC) RH (%) TdB (oC) TwB (oC) RH (%) 1 15 30,08 27,59 80,15 29,17 27,00 81,33 5,29 2 30 30,08 27,59 80,15 29,17 27,00 81,33 5,29 3 45 30,08 27,59 80,15 29,17 27,00 81,33 5,29 4 60 30,08 27,59 80,15 29,00 26,50 80,00 5,29 5 75 30,08 27,59 80,15 28,83 26,33 80,00 5,29
Tabel 5.3 Hasil pengujian menggunakan cooling pad honey comb dan menggunakan cairan pendingin air es (kecepatan kipas high) No t
(menit)
Kondisi Udara Masuk Kondisi Udara Keluar V Udara (m/s) TdB (oC) TwB (oC) RH (%) TdB (oC) TwB (oC) RH (%) 1 15 30,08 27,59 80,15 29,50 26,83 78,83 6,31 2 30 30,08 27,59 80,15 29,50 27,00 80,00 6,31 3 45 30,08 27,59 80,15 29,83 27,33 80,50 6,31 4 60 30,08 27,59 80,15 29,50 27,00 80,00 6,31 5 75 30,08 27,59 80,15 29,17 26,50 77,67 6,31
