PENGARUH JUMLAH BAK PENCURAH AIR TERHADAP BANYAKNYA VOLUME AQUADES YANG
DIHASILKAN MESIN PENGHASIL AQUADES
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana Teknik dibidang Teknik Mesin
Oleh :
Teodorus Katon Bagaskara NIM : 155214 032
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2020
INFLUENCE OF THE NUMBER OF THE BASIN HUMIDIFIER TOWARDS A LOT OF VOLUME
AQUADES RESULTING FROM AQUADES PRODUCING MACHINE
FINAL PROJECT
As fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By :
TEODORUS KATON BAGASKARA Student Number : 155214037
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2020
ABSTRAK
Solusi dari permasalahan kesulitan sumber air bersih kini bisa diatasi dengan pembuatan suatu alat yang bisa menghasilkan sumber air bersih yang bukan berasal dari dalam tanah, yaitu dari udara. Alat tersebut adalah mesin penangkap air dari udara. Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) merancang dan merakit mesin penangkap air dari udara yang praktis, aman, dan ramah lingkungan, (b) mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan di dalam mesin penangkap air : (1) nilai Win, (2) nilai Qout, (3) nilai Qin, (4) nilai COPaktual, COPideal, dan Efisiensi, (c) mengetahui banyaknya air yang dihasilkan oleh mesin penangkap air per jam-nya.
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Energi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Mesin penghasil aquades ini bekerja dengan siklus kompresi uap dan dengan menambahkan ruang untuk pencurah air. Komponen utamanya adalah kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler dan kipas. Mesin ini bekerja dengan system udara terbuka dengan menggunakan fluida kerja refrigeran R410a dan kompresor berdaya 1 PK.
Penelitian dilakukan dengan memvariasikan (1) menggunakan empat buah bak pencurah air (2) menggunakan dua buah bak pencurah air dan (3) tanpa menggunakan bak pencurah air
Dari hasil penelitian diperoleh hasil (a) Mesin penghasil aquades dengan siklus kompresi uap dan menggunakan tambahan pencurah air (humidifier) telah berhasil dirakit dan dapat bekerja sesuai dengan fungsinya (b) Volume aquades yang dihasilkan mesin penghasil aquades dengan siklus kompresi uap rata – rata dalam satu jamnya, untuk variasi tanpa penambahan bak pecurah air sebesar menghasilkan 1,925 liter/jam, untuk variasi penambahan 2 buah bak pencurah air menghasilkan 2,025 liter/jam, untuk variasi penambahan 4 buah bak pencurah air menghasilkan 2,175 liter/jam. (c) Karakteristik dari mesin siklus kompresi uap pada mesin penghasil aquades yang menghasilkan volume aquades terbanyak per jamnya memiliki nilai kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) sebesar 151,22 kJ/kg, nilai kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout) sebesar 177,98 kJ/kg, nilai kerja kompresor per satuan massa refrigeran (Win) sebesar 26,76 kJ/kg, COPaktual sebesar 5,65, COPideal sebesar 7,74, efisiensi (η) sebesar 75 %, dan nilai laju aliran massa refrigeran (ṁref) sebesar 0,0162 kg/s.
Kata Kunci : siklus kompresi uap, aquades, air aki, refrigerant R410a
ABSTRACT
The solution of the problem of clean water resources can now be solved by making a device that can produce a source of water that is not derived from the ground, but from the air. The device is Atmospheric Water Generator. The purpose of this research are (a) Designing and assembling practical atmospheric water generator, safe, and environmentally friendly, (b) discovering the characteristics of vapor compression cycle used in atmospheric water generator: (1) value of Win, (2) value of Qout, (3) value of Qin, (4) value of COPaktual, COPideal, and Efficiency, (c) determining the amount of water which is produced by the device per hour catcher.
This research was conducted in Mechanical Engineering Laboratory, Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University. This condensate- generating machine works with a vapor compression cycle by adding space for the bulk of water. The main components are compressors, condensers, evaporators, capillary pipes and fans. This machine works with the open-air system by using R410A refrigerant working fluids and 1 PK power compressor. The research was conducted by varying (1) using four water bulk, (2) using two water bulk and (3) without using water bulk.
The results of the research are (a) aquades producing machine with vapor compression cycle and using additional water heater (humidifier) has been successfully assembled and can work in accordance with the function. (b) The volume of distilled water produced by an aquades producing machine with vapor compression cycle is average in one hour, for variation without the addition of the water bulk produces 1.925 liters/hour, for a variation of the addition of 2 pieces of water bulk produces 2.025 liters/hour, for a variation of the addition of 4 pieces of water bulk produces 2.175 liters/hour. (c) Characteristics of vapor compression cycle machines on aquades producing machines which is produce the most volume of aquades per hour have a heat value absorbed by the evaporator per unit mass of refrigerant (Qin) of 151.22 kJ/kg, compressor work value per unit mass of refrigerant (Qout) of 177.98 kJ/kg, compressor work value per unit mass of refrigerant (Win) of 26.76 kJ/kg, COPactual of 5.65, COPideal of 7.74, efficiency mass flow rate (MREF) of 0.0162 kg/s.
Keywords: siklus kompresi uap, aquades, air aki, refrigerant R410a
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan rahmat serta pelindungan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan baik dan lancar.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat bagi penulis untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Untuk menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini, penulis menyadari bahwa dalam prosesnya melibatkan banyak pihak. Maka pada 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 Dosen Pembimbing Skripsi.
3. Prof. Dr. Vet. Asan Damanik (Alm.), sebagai Dosen Pembimbing Akademik.
4. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra, sebagai Dosen Pembimbing Akademik.
5. Seluruh Dosen Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah mendampingi dan mendidik penulis sehingga penulis mendapatkan ilmu dan dapat menyelesaikan skripsi ini.
6. Ir. Rines, M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
7. F. X. Hasto Hascaryo dan Th. Widaryati, sebagai orang tua penulis, yang telah memberi doa dan dukungan baik secara moril maupun materi selama penulis menimba ilmu di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
8. Yosefin Ratnalestari, yang selalu menemani dan memberi semangat kepada penulis sampai terselesaikannya skripsi ini.
9. Semua teman – teman penulis dan khususnya teman – teman dari Program Studi Teknik Mesin yang terlibat dalam penyelesaian skripsi ini dan tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Dalam penyusunan dan penyelesaian skripsi, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih belum sempurna dan masih banyak yang perlu diperbaiki. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menyempurnakan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembaca maupun penulis sendiri.
Yogyakarta, 16 Januari 2020
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE…... ii
LEMBAR PERSETUJUAN …... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS …... v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKAS………...vi
ABSTRAK …... vii
ABSTRACT …... viii
KATA PENGANTAR …... ix
DAFTAR ISI …... xi
DAFTAR GAMBAR …... xiv
DAFTAR TABEL …... xvii
BAB I PENDAHULUAN …... 1
1.1 Latar Belakang …... 1
1.2 Rumusan Masalah …... 2
1.3 Tujuan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 4
1.5 Manfaat Penelitian …... 5
1.6 Luaran penelitian …... 5
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA …... 6
2.1. Dasar Teori …... 6
2.1.1. Aquades ... 6
2.1.2. Siklus Kompresi Uap ... 6
2.1.2.1. Proses – proses pada P-h Diagram dan T-s Diagram ... 7
2.1.2.2. Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap …... 10
2.1.2.3. Komponen Utama Mesin Siklus Kompresi Uap …... 12
2.1.3. Psychrometric Chart …... 15
2.1.3.1. Parameter – parameter pada Psychometric Chart …...16
2.1.3.2. Proses – proses yang terjadi pada udara dalam Psychometric Chart ...17
2.1.3.3. Proses – proses yang terjadi pada Mesin Penghasil Aquades …...23
2.1.3.4. Perhitungan pada Psychrometric Chart …... 26
2.2. Tinjauan Pustaka …... 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN …... 31
3.1. Objek Penelitian …... 31
3.1.1. Metode Penelitian …... 32
3.1.2. Alat dan Bahan Penelitian …... 32
3.1.2.1. Alat …... 32
3.1.2.3. Alat Bantu Pengukuran …... 41
3.1.2.4. Komponen Utama Mesin ... 44
3.2. Proses Pembuatan Mesin Penghasil Aquades ... 49
3.3. Alur Penelitian …... 50
3.3. Variasi Penelitian …... 51
3.3. Cara Pengambilan Data …... 51
3.4. Cara Mengolah Data …... 52
3.5. Cara Melakukan Pembahasan …... 54
3.6. Cara Membuat Kesimpulan dan Saran ... 54
BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN …... 55
4.1. Hasil Penelitian …...55
4.2. Perhitungan Siklus Kompresi Uap ... 59
4.2.1 P-h diagram …... 59
4.2.2 Psychrometric chart ... 64
4.3. Pembahasan ... 69
BAB V PENUTUP …... 74
5.1. Kesimpulan …... 74
5.2. Saran …... 75
DAFTAR PUSTAKA ... 76
LAMPIRAN …... 77
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Rangkaian Komponen Utama Mesin Siklus Kompresi Uap …... 7
Gambar 2.2. Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h …... 7
Gambar 2.3. Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s …... 7
Gambar 2.4. Kompresor Hermetik Jenis Rotary ... 13
Gambar 2.5. Kondensor Pipa Bersirip ...13
Gambar 2.6. Pipa Kapiler ... 14
Gambar 2.7. Evaporator dengan Sirip ... 14
Gambar 2.8. Psychrometric Chart …... 15
Gambar 2.9. Parameter-parameter pada Psychrometric Chart …... 17
Gambar 2.10. Proses – proses pada Psychrometric Chart …... 18
Gambar 2.11. Proses Cooling dan Dehumidifying …... 18
Gambar 2.12. Proses Heating …... 19
Gambar 2.13. Proses Cooling and Humidifying …... 20
Gambar 2.14. Proses Cooling …... 20
Gambar 2.15. Proses Humidifying …... 21
Gambar 2.16. Proses Dehumidifying …... 21
Gambar 2.17. Proses Heating and Dehumidifying …... 22
Gambar 2.18. Proses Heating and Humidifying …... 22
Gambar 2.19. Titik Pengujian pada Mesin Penghasil Aquades ... 23
Gambar 2.20. Proses – proses pada Mesin Penghasil Aquades …... 24
Gambar 3.1. Skematik Mesin Penghasil Aquades …... 31
Gambar 3.2. Bor Listrik ... 32
Gambar 3.3. Gergaji Kayu ... 33
Gambar 3.4. Gergaji Besi ... 33
Gambar 3.5. Obeng ... 33
Gambar 3.6. Meteran ... 34
Gambar 3.7. Penggaris Siku ... 34
Gambar 3.8. Mistar Baja ... 35
Gambar 3.9. Pisau Cutter ... 35
Gambar 3.10. Selotip ... 35
Gambar 3.11. Amplas ... 36
Gambar 3.12. Mesin Las ... 36
Gambar 3.13. Mesin Gerinda Tangan .…... 37
Gambar 3.14. Sikat dan Palu Las ... 37
Gambar 3.15. Triplek ... 38
Gambar 3.16. Plat Aluminium ... 38
Gambar 3.17. Container Box ... 38
Gambar 3.18. Besi Persegi Berongga ... 39
Gambar 3.19. Refrigerant R410a ... 39
Gambar 3.20. Pipa Plastic ... 40
Gambar 3.21. Resin dan Katalis ... 40
Gambar 3.22. Baut Ulir ... 40
Gambar 3.23. Elbow dan T ... 41
Gambar 3.24. Hygrometer ... 42
Gambar 3.25. Thermocouple dan Penampil Suhu Digital ... 42
Gambar 3.26. Stopwatch ... 43
Gambar 3.27. Gelas Ukur ... 43
Gambar 3.28. Tang Ampere ... 43
Gambar 3.29. Pressure Gauge... 44
Gambar 3.30. Evaporator ... 45
Gambar 3.31. Kompresor ...…... 45
Gambar 3.32. Kondensor ... 46
Gambar 3.33. Pipa Kapiler ... 47
Gambar 3.34. Pompa Submersible ... 48
Gambar 3.35. Kipas Angin ... 48
Gambar 3.24. Skema Alur Penelitian Mesin Penghasil Aquades ... 50
Gambar 4.1. Diagram P-h Salah Satu Variasi dengan Menggunakan
4 Bah Bak Pencurah Air …... 60
Gambar 4.2. Psychrometric chart pada Variasi dengan Menggunakan 4 Bah Bak Pencurah Air... 65
Gambar 4.3. Volume Aquades yang Dihasilkan dari Waktu kewaktu ... 71
Gambar 4.4. Perbandingan Jumlah Bak Pencurah Air dengan Volume Aquades yang Dihasilkan per Jam …... 72
Gambar 4.5. Perbandingan Jumlah Pertambahan Kandungan Air Dalam Udara yang Berhasil Diembunkan Evaporato …... 72
Gambar A.1. Mesin Penghasil Aquades dengan Siklus Kompresi Uap …... 77
Gambar B.1. Foto Proses Pemotongan Besi Persegi Berongga …... 78
Gambar B.2. Foto Pembuatan Lubang Bak Pencurah Air ... 78
Gambar C.1. Psychrometric Chart pada Variasi Tanpa Menggunakan Bak Pencurah Air ... 79
Gambar C.2. Psychrometric Chart pada Variasi Menggunakan 2 Buah Bak Pencurah Air ... 80
Gambar C.3. Psychrometric Chart pada Variasi Menggunakan 4 Buah Bak Pencurah Air ... 81
Gambar D.1. P-h diagram pada Variasi Tanpa Menggunakan Bak Pencurah Air ... ... 82
Gambar D.2. P-h diagram pada Variasi Menggunakan 2 Buah Bak Pencurah Air... 83
Gambar D.3. P-h diagram pada Variasi Menggunakan 4 Buah Bak Pencurah Air... 84
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil penelitian tanpa menggunakan bak pencurah air ...59
Tabel 4.2. Hasil penelitian dengan menggunakan 2 buah bak pencurah air... 60
Tabel 4.3. Hasil penelitian dengan Hasil penelitian dengan menggunakan 4 buah bak pencurah air…...61
Tabel 4.4. Data sekunder dari tabel sifat - sifat R410a ... 63
Tabel 4.5. Hasil perhitungan karakteristik siklus kompresi uap …...64
Tabel 4.6. Data W1 dari psychrometric chart dan W2 hasil perhitungan ... 68
Tabel 4.7. Data Vair dan ΔW perhitungan psychrometric chart ... 69
Tabel 4.8. Data perubahan kelembaban udara relatif (RH) dari titik A (TA) ampai titik C (TC) dari psychrometric chart...69
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Aquades merupakan air yang bebas ion atau air murni yang dihasilkan dari proses destilasi/penyulingan. Aquades sering digunakan dalam kegiatan laboratorium, kimia, pengolahan baja, pengganti air aki, dan masih banyak manfaat lainnya. Destilasi atau penyulingan merupakan cara pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan menguap atau kemudahan menguap. Senyawa- senyawa yang terdapat dalam campuran akan menguap pada saat mencapai titik didih masing masing.
Pada umumnya aquades dapat diperoleh dari beberapa proses, diantaranya adalah aquades yang diperoleh dari proses penyulingan air dan aquades dari proses demineralisasi. Pada dasarnya aquades adalah air murni yang bersifat netral. Proses penyulingan air dilakukan dengan menguapkan air pada temperatur didihnya lalu uap didinginkan sehingga terjadi proses pengembunan. Air hasil pengembunan inilah yang menjadi hasil penyulingan yaitu air murni yang bersifat netral. Titik didih air pada tekanan 1 atm cukup tinggi, yaitu 100oC. Metode ini kurang ramah lingkungan karena menghasilkan gas buang pada proses pembakarannya.
Proses demineralisasi merupakan penghilangan kadar garam dan mineral pada air dengan proses pertukaran ion (ion exchange process) dengan media resin atau softener anion dan kation, sehingga air dapat menjadi murni.
Cara lain untuk mendapatkan aquadest seperti yang diketahui bahwa proses pengembunan dapat menghasilkan air murni dengan memanfaatkan mesin
pendingin. Sebagai contoh adalah AC (air conditioner). Mesin AC bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap dengan komponen evaporator yang digunakan untuk mengembunkan uap air di udara. Dengan melewatkan udara pada evaporator maka air embun dapat dihasilkan.
Dibanding dengan proses demineralisasi, proses pembuatan aquades dengan mesin siklus kompresi uap ini memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan sumber energi listrik yang cukup besar. Selain itu proses ini membutuhkan waktu yang lebih lama dalam menghasilkan aquades, berbeda dengan proses demineralisasi yang bisa menghasilkan aquades yang banyak dalam waktu lebih singkat. Namun untuk pembuatan aquades, proses pembuatan aquades dengan mesin siklus kompresi uap ini lebih mudah dilakukan dibanding proses penyulingan dan proses demineralisasi hanya saja membutuhkan sumber energi listrik.
Dengan latar belakang tersebut, penulis tertarik untuk mendalami pembuatan aquades dari mesin siklus kompresi uap dengan merancang dan melakukan penelitian tentang mesin pembuat aquades dari mesin siklus kompresi uap. Diharapkan nilai efisiensi dari mesin pembuatan aquades yang dihasilkan dapat bersaing dengan proses pembuat aquades yang sudah ada di pasaran, sehingga bisa menjadi alternatif untuk menghasilkan aquades yang berkualitas.
1.2 Rumusan Masalah
Pembuatan aquades selama ini dilakukan dengan cara penyulingan dan demineralisasi. Diperlukan solusi cerdas yang menghasilkan mesin penghasil aquades yang lebih praktis, aman, ramah lingkungan dan sederhana. Rumusan masalah dinyatakan sebagai berikut :
a. Bagaimanakah merancang dan membuat mesin penghasil aquades yang bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap ?
b. Bagaimanakah cara kerja mesin penghasil aquades yang bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap tersebut ?
c. Bagaimanakah karakteristik mesin penghasil aquades yang bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap tersebut ?
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian mesin penghasil aquades dengan siklus kompresi uap adalah sebagai berikut :
a. Merancang dan merakit mesin penghasil aquades yang bekerja dengan siklus kompresi uap.
b. Mengetahui banyaknya aquades yang dihasilkan oleh mesin penghasil aquades dengan variasi jumlah bak pencurah air : tanpa bak pencurah air dengan 2 bak pencurah air dan dengan 4 bak pencurah air.
c. Mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap pada mesin penghasil aquades yang memberikan volume aquades terbanyak :
1. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin).
2. Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout).
3. Kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win).
4. Actual coefisien of peformance (COPactual) dari siklus kompresi uap.
5. Ideal coefisien of peformance (COPideal) dari siklus kompresi uap.
6. Efisiensi siklus kompresi uap dari mesin penghasil aquades ( η ) 7. Laju aliran massa refrigeran pada siklus kompresi uap ( ḿ )
1.4 Batasan Masalah
Batasan – batasan yang dipergunakan di dalam pembuatan mesin penghasil aquades ini adalah :
a. Kompresor dari mesin siklus kompesi uap yang digunakan memiliki daya listrik sebesar 1 PK
b. Mesin siklus kompresi uap menggunakan refrigeran R410A.
c. Komponen utama dari mesin siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler.
d. Mesin siklus kompresi uap menggunakan mesin pendingin standar yang ada di pasaran.
e. Komponen utama yang lain, ukurannya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
f. Proses siklus kompresi uap diasumsikan tidak ada proses pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut
g. Pada humidifier menggunakan :
1. Kipas yang digunakan berjumlah 2 buah memiliki daya @ 35 watt 2. Pompa air berjumlah 1 buah yang memiliki daya 100 watt
3. Bak pencurah air memiliki ukuran : 40 cm x 20 cm x 28 cm berjumlah 4 buah dengan ukuran yang sama.
4. Pada masing - masing bak pencurah air terdapat 338 lubang 5. Diameter lubang pada masing – masing bak pencurah air 1,5 mm 6. Jarak antar lubang pada masing – masing bak 15 mm
7. Ukuran lemari mesin penghasil aquades : panjang x lebar x tinggi = 2 m x 1,5 m x 0,9 m
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian mesin penghasil aquades dengan siklus kompresi uap adalah :
a. Hasil penelitian dapat dipergunakan untuk referensi bagi peneliti lain yang melakukan penelitian sejenis.
b. Hasil penelitian dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan yang dapat ditempatkan di perpustakaan atau dipublikasikan pada khalayak ramai melalui seminar nasional atau melalui jurnal ilmiah.
1.6 Luaran penelitian
Diperolehnya teknologi tepat guna berupa mesin penghasil aquades yang praktis, aman, ramah lingkungan dan sederhana.
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori 2.1.1. Aquades
Aquades adalah air murni tidak mengandung logam, berbahan dasar air PDAM atau sumur tapi telah melewati proses pemurnian dengan cara penyulingan atau proses demineralisasi. Proses penyulingan adalah proses dimana air diuapkan kemudian diembunkan dengan melalui proses pendinginan. Sedangkan proses demineralisasi dilakukan dengan menyaring atau mencampur air dengan cairan kimia untuk memisahkan unsur logamnya. Biasanya aquades yang dijual bebas di pasaran diperoleh dari hasil proses demineralisasi, karena proses penyulingan membutuhkan waktu yang lama.
Aquades sering digunakan dalam kegiatan laboratorium, kimia, pengolahan baja, pengganti air aki, dan masih banyak manfaat lainnya.
2.1.2. Siklus Kompresi Uap
Siklus kompresi uap merupakan sistem mesin pendingin yang menggunakan penguapan dalam penyerapan kalor dengan menggunakan media pendingin refrigeran atau freon. Dalam siklus kompresi uap terjadi proses kompresi, kondensasi, ekspansi dan evaporasi. Komponen utama mesin siklus kompresi uap yaitu kompresor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator. Gambar 2.1. menyajikan skematik rangkaian komponen utama dari mesin siklus kompresi uap dan proses aliran energi yang terjadi pada mesin siklus kompresi uap.
Gambar 2.1. Rangkaian komponen utama mesin siklus kompresi uap.
2.1.2.1. Proses – proses pada P-h Diagram dan T-s Diagram
Siklus kompresi uap yang dipergunakan pada mesin penghasil aquades, bila digambarkan pada diagram P-h dan diagram T-s secara berturut – turut disajikan pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3.
Gambar 2.2. Siklus kompresi uap pada diagram P-h.
Gambar 2.3. Siklus kompresi uap pada diagram T-s.
Pada proses siklus kompresi uap seperti yang tersaji pada Gambar 2.2. dan Gambar 2.3., terjadi beberapa proses seperti berikut :
a. Proses kompresi (1 – 2)
Proses kompresi terjadi di titik 1 – 2 pada Gambar 2.2. dan Gambar 2.3. Proses ini dilakukan oleh kompresor, dimana refrigeran yang berupa gas panas lanjut bertekanan rendah dikompresikan menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi.
Proses ini berlangsung secara isentropik (entalpi (s) yang konstan). Temperatur keluar kompresor akan meningkat.
b. Proses penurunan suhu (desuperheating) (2 – 2a)
Proses penurunan suhu atau biasa disebut desuperheating ini terjadi di pipa penghubung antara kompresor dan kondensor. Pada Gambar 2.2. dan Gambar 2.3.
ditunjukkan pada titik 2 – 2a. Refrigeran mengalami penurunan temperatur karena temperatur refrigeran lebih tinggi dari temperatur lingkungan sekitar sehingga terjadi pelepasan kalor oleh refrigeran. Penurunan temperatur terjadi pada tekanan tetap atau konstan.
c. Proses kondensasi (2a – 3a)
Proses kondensasi ini terjadi pada kondensor dan pada Gambar 2.2., Gambar 2.3. ditunjukkan pada titik 2a – 3a. Pada proses ini refrigeran mengalami perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Karena temperatur refrigeran lebih tinggi dari temperatur udara lingkungan, maka terjadi pelepasan kalor ke lingkungan sekitar kondensor. Proses ini terjadi pada tekanan dan temperatur yang konstan.
d. Proses pendinginan lanjut (3a – 3)
Proses pendinginan lanjut terjadi pada titik 3a – 3 pada Gambar 2.2. dan Gambar 2.3. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur refrigeran sehingga lebih rendah dari temperatur kondensor. Pada proses ini refrigeran mengalami perubahan fase dari cair jenuh menjadi cair lanjut. Proses ini diperlukan untuk memastikan refrigeran pada kondisi cair saat masuk pipa kapiler. Proses ini berlangsung pada tekanan yang konstan.
e. Proses penurunan tekanan (3 – 4)
Proses penurunan tekanan ditunjukkan pada titik 3 – 4 pada Gambar 2.2. dan Gambar 2.3. Proses ini terjadi saat refrigeran berada di pipa kapiler. Refrigeran mengalami perubahan fase dari cair lanjut menjadi cair – gas dan juga mengalami penurunan tekanan. Proses terjadi pada entalpi yang konstan.
f. Proses evaporasi atau penguapan (4 – 1a)
Proses evaporasi atau penguapan ditunjukkan di titik 4 – 1a pada Gambar 2.2.
dan Gambar 2.3. Pada proses ini refrigeran mengalami perubahan fase dari fase campuran cair – gas menjadi gas jenuh. Perubahan fase terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan, maka terjadi penyerapan kalor dari lingkungan. Proses ini terjadi pada temperatur dan tekanan yang tetap.
g. Proses pemanansan lajut (1a – 1)
Proses ini ditunjukkan di titik 1a – 1 pada Gambar 2.2. dan Gambar 2.3. dan terjadi pada pipa penghubung evaporator dan kondensor. Dengan adanya proses pemanasan lanjut refrigeran mengalami perubahan fasedari gas jenuh menjadi gas panas lanjut. Proses ini berlangsung dengan tekanan tetap.
2.1.2.2. Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap
Berdasarkan pada Gambar 2.2., diagram P-h dapat dihitung besarnya kalor yang diserap evaporator (Qin), kalor yang dilepas kondensor (Qout), besar kerja kompresor (Win), COPaktual, COPideal dan efisiensi (η).
a. Energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) Besarnya energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.1) :
Qin = h1 – h4 …(2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Qin : energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (kJ/kg) h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)
h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
b. Energi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout) Besarnya enekrgi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.2):
Qout = h2 – h3 …(2.2)
Pada Persamaan (2.2) :
Qout : energi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (kJ/kg) h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
h3 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) c. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.3) :
Win = h2 – h1 …(2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
Win : kerja kompresor per satuan massa refrigeran (kJ/kg) h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg) d. Actual Coefficient of Performance (COPaktual)
COPaktual merupakan perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang digunakan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COPaktual dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) :
COPaktual = Qin / Win = (h1 – h4) / (h2 – h1) …(2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
Qin : energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (kJ/kg) Win : kerja kompresor per satuan massa refrigeran (kJ/kg)
e. Ideal Coefficient of performance (COPideal)
COPideal merupakan COP maksimum yang dapat dicapai mesin. COPideal
dapat dihitung dengan Persamaan (2.5) :
COPideal = Te / (Tc – Te) …(2.5)
Pada Persamaan (2.5) :
Te : temperatur kerja mutlak evaporator (K)
Tc : temperatur kerja mutlak kondensor (K) f. Efisiensi mesin siklus kompresi uap (η)
Efisiensi mesin siklus kompresi uap dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6) :
η = (COPaktual / COPideal) x 100% …(2.6)
Pada Persamaan (2.6) :
η : efisiensi mesin siklus kompresi uap.
g. Laju aliran massa refrigeran (ṁref)
Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7) :
ṁref = Daya / Win = ( I x V ) /[( h2 – h1 ) x 1000] ...(2.7) Pada Persamaan (2.7) :
ṁref : laju aliran massa refrigeran (kg/s) I : arus listrik (Ampere)
V : tegangan listrik (Volt)
h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg) h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
2.1.2.3. Komponen Utama Mesin Siklus Kompresi Uap a. Kompresor
Kompresor merupakan alat yang menjadi unit tenaga pada siklus kompresi uap, yang berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigeran atau untuk memompa refrigeran ke seluruh bagian mesin siklus kompresi uap. Dimana di sisi intake
kompresor terjadi proses penghisapan refrigeran bertekanan rendah dan di sisi output terjadi proses pemompaan refrigeran dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Pada mesin pendingin kapasitas rendah, umumnya kompresor yang digunakan merupakan kompresor berjenis Hermetik (Hermetic Compressor).
Kompresor ini digerakkan langsung oleh motor listrik dengan komponen mekanik yang berada dalam satu wadah tertutup.
Gambar 2.4. Kompresor hermetik jenis rotary
Sumber: http://3.bp.blogspot.com/_oqdC3nmt4FA/TSlKM62EQMI/
AAAAAAAAACM/Z5XgFEbqflk/s1600/kompresor.jpg b. Kondensor
Kondensor merupakan alat yang berfungsi unruk melepas kalor ke lingkungan, menurunkan temperatur refrigeran dan mengubah fase refrigeran dari gas menjadi cair. Untuk mempercepat proses pelepasan kalor, pipa refrigeran yang ada di kondensor diberi sirip.
Gambar 2.5 Kondensor pipa bersirip
Sumber: http://2.bp.blogspot.com/-R-J6cuzfSaE/U_hQhSe_twI/
AAAAAAAAAC0/HKHLD50b1u0/s1600/KONDENSOR.jpg
c. Pipa kapiler
Pipa kapiler merupakan bagian siklus kompresi uap yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran. Pada proses isentalpi, penurunan tekanan pada refrigeran menyebabkan penurunan temperatur refrigeran. Temperatur refrigeran yang rendah kemudian dimanfaatkan evaporator untuk menurunkan temperatur udara yang melewati evaporator.
Gambar 2.6 Pipa kapiler
Sumber : http://g02.s.alicdn.com/kf/HTB1afzoHXXXXXXMXXXXq6x XFXXXk/220950467/HTB1afzoHXXXXXXMXXXXq6xXFXXXk.jpg d. Evaporator
Evaporator merupakan alat yang berfungsi untuk menangkap kalor dari lingkungan sekitar. Pada evaporator terjadi perubahan fase refrigeran dari bentuk cair ke gas jenuh atau dapat pula menjadi gas panas lanjut.
Gambar 2.7 Evaporator dengan sirip
Sumber: http://www.shenglin-tech.com/uploads/131209/2-13120914395Y51.jpg
2.1.3. Psychrometric Chart
Psychrometric Chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan properti – properti udara pada keadaan tertentu. Psychrometric Chart dapat dilihat pada Gambar 2.8 dengan masing – masing kurva / garis menunjukan nilai properti yang konstan. Untuk mengetahui nilai properti udara seperti entalpi (h), kelembaban relatif (RH), spesifik volume (SpV), kelembaban spesifik (W), suhu udara basah (Twb), suhu udara kering (Tdb), dan suhu titik embun (Tdp) pada keadaan tertentu dapat diperoleh apabila minimal dua properti sudah diketahui. Misalnya untuk keadaan udara pada suhu kering (Tdb) dan suhu basah (Twb) tertentu, maka nilai h, RH, SpV, W,dan Tdp dapat ditentukan, dengan mempergunakan psychrometric chart.
Gambar 2.8. Psychrometric Chart
(Sumber : http://boulangeriedagobert.com/shopping/psychrometric-chart- metric.php)
2.1.3.1. Parameter – parameter pada Psychometric Chart
Parameter – parameter udara dalam Psychrometric Chart antara lain : (a) Dry–Bulb Temperature (Tdb), (b) Wet–Bulb Temperature (Twb), (c) Dew–Point Temperature (Tdp), (d) Specific Humidity (W), (e) Volume Specific (SpV), (f) Relative Humadity (RH). Berikut ini penjelasannya :
a. Dry-Bulb Temperature (Tdb)
Dry-Bulb temperature adalah suhu udara bola kering yang diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan kering (bulb dari termometer tidak dibasahi dengan air).
b. Wet-Bulb Temperature (Twb)
Wet-Bulb temperature adalah suhu udara bola basah yang diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan basah (bulb dari termometer diselimuti kain basah).
c. Dew-Point Temperature (Tdp)
Dew-Point Temperature adalah nilai suhu dimana uap air di dalam udara mengalami proses pengembunan ketika udara didinginkan (suhu titik embun dari uap air yang ada di udara).
d. Specific Humidity (W)
Specific Hunidity adalah massa kandungan uap air di udara dalam setiap satu kilogram udara kering (kg air/kg udara kering).
e. Volume Specific (SpV)
Volume Specific adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan sebagai meter kubik udara -kering.
f. Relative Humidity (RH)
Relative Humidity adalah presentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1 m3 dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1 m3 tersebut.
Gambar 2.9. Parameter-parameter pada Psychrometric Chart 2.1.3.2. Proses – proses yang terjadi pada udara dalam Psychometric Chart
Proses – proses yang terjadi pada Psychrometric Chart antara lain : (a) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying), (b) proses pemanasan (sensible heating), (c) proses pendinginan dan penaikkan kelembaban (evaporative cooling), (d) proses pendinginan (sensible cooling), (e) proses penaikkan kelembaban (humidifying), (f) proses penurunan kelembaban (dehumidifying), (g) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (chemical dehumidifying), (h) proses pemanasan dan penaikkan kelembaban (heating and humidifying).
Gambar 2.10. Proses – proses pada Psychrometric Chart
a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten udara. Pada proses pendinginan dan penurunan kelembaban terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah, penurunan entalpi, penurunan volume spesifik, penurunan temperatur titik embun, dan penurunan kelembaban spesifik. Sedangkam kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya. Gambar 2.11 menyajikan proses pendinginan dan penurunan kelembaban pada diagram psychrometric chart.
Gambar 2.11. Proses Cooling dan Dehumidifying )
a (
b ( ) ( c )
( d )
) e (
( f )
( g ) ) h (
b. Proses pemanasan (sensible heating)
Proses pemanasan adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan : temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan. Gambar 2.12 menyajikan proses pemanasan pada diagram psychrometric chart.
Gambar 2.12. Proses Sensible Heating
c. Proses pendinginan dan penaikkan kelembaban (evaporative cooling)
Proses pendinginan dan penaikkan kelembaban berfungsi untuk menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan suhu temperatur bola kering, temperaturr bola basah, dan kelembaban spesifik. Pada proses ini, terjadi penurunan temperatur bola kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembaban relatif, dan kelembaban spesifik. Gambar 2.13 menyajikan proses pendinginan dan penaikkan kelembaban pada diagram psychrometric chart.
Gambar 2.13. Proses Evaporative Cooling d. Proses pendinginan (sensible 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 pada 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 2.14 menyajikan proses pendinginan pada diagram psychrometric chart.
Gambar 2.14. Proses Sensible cooling
e. Proses penaikkan kelembaban (humidifying)
Proses humidifying merupakan penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah atas. Gambar 2.15 menyajikan proses penaikkan kelembaban pada diagram psychrometric chart.
Gambar 2.15. Proses Humidifying f. Proses penurunan kelembaban (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 proses pada psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah bawah. Gambar 2.16 menyajikan proses penurunan kelembaban pada diagram psychrometric chart.
Gambar 2.16. Proses Dehumidifying
g. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying) Proses heating and dehumidifying 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.
Akan tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah ke arah kanan bawah. Gambar 2.17 menyajikan proses pemanasan dan penurunan kelembaban pada diagram psychrometric chart.
Gambar 2.17. Proses Heating and Dehumidifying
h. Proses pemanasan dan penaikkan kelembaban (heating and humidifying) Pada proses heating and humidifying, udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah dan suhu bola kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis ke arah kanan atas. Gambar 2.18 menyajikan proses pemanasan dan penaikkan kelembaban pada diagram psychrometric chart.
Gambar 2.18 Proses Heating and Humidifying
2.1.3.3. Proses – proses yang terjadi pada Mesin Penghasil Aquades
Proses – proses yang terjadi pada mesin penghasil aquades disajikan dalam Gambar 2.19.
Gambar 2.19. Titik Pengujian pada Mesin Penghasil Aquades.
Keterangan Gambar 2.19. :
TA : Suhu udara pada kondisi udara luar.
TB : Suhu udara pada kondisi setelah melewati kipas udara masuk TC : Suhu udara pada kondisi sebelum masuk evaporator
TE : Suhu udara pada kondisi setelah melewati evaporator TF : Suhu udara pada kondisi setelah melewati kondensor Pevap : Tekanan kerja evaporator
Pcond : Tekanan kerja kondensor
Vaquades : Volume aquades yang dihasilkan mesin
Gambar 2.20. Proses – proses pada mesin penghasil aquades Keterangan pada Gambar 2.20. :
A – B: Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and humidifying) Proses pemanasan dan penurunan kelembaban ditunjukkan Gambar 2.20 pada titik A sampai titik B. Proses ini terjadi ketika udara lingkungan masuk melalui kipas udara masuk, sehingga udara terjadi pemadatan karena tekanan dari kipas udara masuk. Udara tersebut mengalami peningkatan entalpi, kelembaban spesifik, suhu udara kering, suhu udara basah. Udara mengalami penurunan kelembaban relatif.
B – C: Proses pendinginan dan penaikkan kelembaban (cooling and humidifying) Proses pendinginan dan penaikan kelembaban ditunjukan Gambar 2.20 pada titik B sampai titik C. proses ini terjadi ketika udara yang telah masuk melalui kipas udara masuk menuju ke ruang pencurah air. Di situ udara bersinggungan dengan
pencurah air dan menyebabkan udara mengalami peningkatan titik embun, temperatur bola basah, kelembaban relatif, dan kelembaban spesifik. Udara juga mengalami penurunan temperatur bola kering dan volume spesifik.
C – D: Proses pendinginan (Sensible Cooling)
Proses pendinginan ditunjukkan Gambar 2.20 pada titik C sampai titik D.
proses ini berlangsung ketika udara melalui pencurah air dan menuju ke evaporator.
Udara yang telah melewati pencurah air tersebut mengalami peningkatan kandungan uap air. Itu ditunjukan dengan adanya peningkatan kelembaban relatif, dan terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah, dan volume spesifik. Sedangkan untuk kelembaban spesifik dan temperatur titik embun tetap.
D – E: Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying)
Proses pendinginan dan penurunan kelembaban ditunjukkan Gambar 2.20 pada titik D sampai titik E. Proses ini terjadi di dalam evaporator, ketika kelembaban relatif sudah 100% maka uap air yang ada di udara akan mengembun dan berubah menjadi titik – titik air yang kemudian dikumpulkan untuk dijadikan Aquades. Pada proses ini terjadi penurunan bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik.
E – F: Proses pemanasan (Sensible Heating)
Proses pemanasan ditunjukkan Gambar 2.20 pada titik E sampai titik F.
proses pemanasan ini berlangsung ketika udara keluar dari evaporator dan keluar melalui kompresor dan kondensor. Pada proses ini udara mengalami peningkatan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik.
Sedangkan temperatur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan.
F – A: Proses pendinginan dan penaikkan kelembaban (cooling and humidifying) Proses pendinginan dan penaikan kelembaban ditunjukkan Gambar 2.20 pada titik F sampai titik A. Proses ini merupakan proses yang terjadi di luar mesin penghasil aquades, yaitu ketika udara keluar melalui kondensor dan dilepaskan di udara lingkungan yang sebagian dari udara tersebut dapat terserap kembali ke kipas udara masuk bercampur dengan udara segar. Pada proses ini, terjadi penurunan temperatur bola kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembaban relatif, dan kelembaban spesifik
2.1.3.4. Perhitungan pada Psychrometric Chart
Dengan menggunakan psychrometric chart dapat diketahui data sebagai berikut :
a. Laju aliran volume air yang diembunkan (Vair)
Laju aliran massa air yang diembunkan dapat dihitung dengan Persamaan (2.8) :
Vair = Vair / Δt …(2.8)
Pada Persamaan (2.8) :
Vair : laju aliran volume air yang diembunkan (liter/jam) Vair : volume air yang diembunkan (liter)
Δt : waktu yang diperlukan untuk menghasilkan aquades (jam)
b. Debit aliran udara (Qudara)
Debit aliran udara dapat diketahui dengan cara menggunakan Persamaaan (2.9) :
Qudara = LP x v ...(2.9)
Pada Persamaan (2.9) :
Qudara : debit aliran udara (m3/menit) LP : luas penampang kipas udara (m3) v : kecepatan aliran (m/s)
c. Laju aliran massa udara (ṁudara)
Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.10) :
ṁudara = ρudara x Qudara …(2.10)
Pada Persamaan (2.10) :
ṁudara : laju aliran massa udara (kgudara / menit) ρudara : massa jenis udara (1,2 kg/m3)
Qudara : debit aliran udara (m3/menit)
d. Pertambahan kandungan air dalam udara (ΔW)
Pertambahan kandungan air dalam udara dapat dihitug dengan Persamaan (2.11) :
ΔW = Vair / ṁudara …(2.11)
Pada Persamaan (2.11) :
ΔW : pertambahan kandungan air dalam udara (kgair/kgudara) Vair : laju aliran volume air yang diembunkan (liter / menit) ṁudara : laju aliran massa udara (kgudara / menit)
e. Kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporator dapat dihitung menggunakan persamaan (2.12).
W2 = W1 – ΔW ...(2.12)
Pada Persamaan (2.12) :
W2 :Kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporator (kgair/kgudara) W1 : kelembaban spesifik udara sebelum melewati evaporator (kgair/kgudara) ΔW : pertambahan kandungan uap air dalam udara (kgair/kgudara)
2.2. Tinjauan Pustaka
Indri Yaningsih dan Tri Istanto, (2014), melakukan penelitian tentang desalinasi dengan proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang dianggap sebagai cara yang efisien dan menjanjikan dimana memanfaatkan kondenser dan evaporator dari pompa kalor untuk menghasilkan air tawar dari air laut. Penelitian ini menguji pengaruh laju aliran massa udara terhadap produktivitas air tawar unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Pada penelitian ini laju aliran massa udara divariasi sebesar 0,0103 kg/s, 0,0153 kg/s, 0,0202 kg/s, 0,0254 kg/s dan 0,0306 kg/s dengan cara mengatur kecepatan udara sebesar 2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s dan 6 m/s. Untuk setiap
pengujian, laju aliran massa air laut masuk humidifier dijaga konstan sebesar 0,0858 kg/s, temperatur air laut masuk humidifier dijaga konstan sebesar 45oC, salinitas air laut umpan sebesar 31.342 ppm dan air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produktivitas air tawar unit desalinasi meningkat dengan kenaikan laju aliran massa udara hingga ke sebuah nilai optimum dan menurun setelah nilai optimum tersebut. Produksi air tawar optimum diperoleh pada laju aliran massa udara 0,0202 kg/s yaitu sebesar 24,48 liter/hari. Produksi air tawar unit desalinasi ini pada laju aliran massa air laut 0,0858 kg/s untuk laju aliran massa udara 0,0103 kg/s, 0,0153 kg/s, 0,0202 kg/s, 0,0254 kg/s dan 0,0306 kg/s berturut-turut rata-rata sebesar 11,28 liter/hari, 18,72 liter/hari, 24,48 liter/hari, 23,04 liter/hari dan 21,60 liter/hari. Air tawar hasil unit desalinasi memiliki nilai salinitas 620 ppm.
Indri Yaningsih dan Tri Istanto, (2015), melakukan penelitian untuk menguji pengaruh penggunaan spray humidifier dan pad humidifier terhadap produktivitas pompa kalor berdasarkan unit desalinasi dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Dalam spray humidifier ada 5 buah alat penyiram untuk menyemprotkan air laut. Pada pad humidifier, air laut didistribusikan secara merata dari atas mengalir melalui pipa berlubang yang telah ditempatkan pada pad humidifier. Menguji pengaruh debit air laut, kecepatan udara dan suhu air laut yang
diumpankan ke spray humidifier dan pad humidifier pada produksi air tawar yang dihasilkan dari unit desalinasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produksi air tawar meningkat dengan meningkatnya debit air laut, kecepatan udara, dan suhu air laut, ini berlaku untuk penggunaan spray humidifier atau pad humidifier di unit
desalinasi. Pada pengujian pengaruh debit air laut, kecepatan udara, dan suhu air laut , kinerja spray humidifier dan pad humidifier adalah sama dalam produksi air tawar, ketika rasio laju aliran massa air laut terhadap laju aliran massa udara masing-masing sebesar 1,34, 1,3 dan 1,3.
Eko Romadhoni (2017), melakukan sebuah penelitian untuk merancang dan membuat mesin penghasil air aki menggunakan mesin siklus kompresi uap dengan tambahan humidifier. Tujuan dari penelitian tersebut untuk : (a) merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap dan dilengkapi dengan humidifier. (b) mengetahui karakteristik mesin penghasil air aki yang telah dibuat, meliputi ; COPaktual, COPideal, efisiensi dari mesin siklus kompresi uap dan mengetahui jumlah air aki per jamnya. Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Dalam penelitian ini variasi yang digunakan yaitu (1) kipas dengan kecepatan satu, (2) kipas dengan kecepatan maksimal, dan (3) kipas humidifier pada posisi OFF. Mesin penghasil air aki berhasil dibuat bekerja dengan baik. Mesin siklus kompresi uap yang digunakan memiliki nilai COPaktual sebesar 7,61. COPideal sebesar 10,6 dan memiliki nilai efisiensi sebesar 71,72 %. Mesin mampu menghasilkan air aki dengan dengan volume air aki sebesar 1,41 liter/jam ketika kipas humidifier bekerja pada kecepatan maksimal 1,35 liter/jam ketika kipas humidifier bekerja pada kecepatan satu 1,28 liter/jam ketika kipas humidifier dalam kondisi off.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Objek Penelitian
Objek yang diteliti adalah mesin penghasil aquades seperti yang tersaji pada Gambar 3.1. Mesin penghasil aquades ini menggunakan mesin yang bekerja dengan siklus kompresi uap dan memiliki tambahan rangkaian sistem pencurah air. Ukuran mesin penghasil aquades yang dibuat memiliki panjang 2 m, lebar 1 m dan tinggi 1,6 m.
Gambar 3.1. Skematik Mesin Penghasil aquades Keterangan pada Gambar 3.1 :
A. Kipas udara masuk 5. Pompa air 9. Kondensor
B. Bak pencurah air 6. Bak penampung air 10. Gelas penampung aquades C. Pipa aliran air 7. Evaporator
D. Ruang pencurah air 8. Kompresor
3.1.1. Metode Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Energi, Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Metode yang digunakan adalah eksperimen.
3.1.2. Alat dan Bahan Penelitian
Dalam pembuatan mesin penghasil aquades ini diperlukan beberapa alat dan bahan, yaitu meliputi :
3.1.2.1. Alat
Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan mesin penghasil aquades ini meliputi :
a. Bor Listrik
Bor listrik digunakan untuk membuat lubang. Pembuatan lubang dibuat pada dasar bak atau wadah pencurah air atas yang terbuat dari box kontainer dan membuat lubang pada rangka besi untuk pembautan. Bor listrik yang dipakai seperti Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Bor Listrik
b. Gergaji Kayu
Gergaji kayu digunakan untuk memotong papan triplek tebal yang digunakan untuk membuat bak penampung air bawah dan meemotog kayu yang digunakan sebagai landasan pompa air. Dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Gergaji Kayu c. Gergaji Besi
Gergaji besi digunakan untuk memotong pipa pvc yang digunakan untuk sistem aliran pencurah air. Dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Gergaji Besi d. Obeng
Obeng digunakan untuk mengencangkan maupun melepas baut pada saat pengerjaan pembuatan mesin. Dapat dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Obeng
e. Meteran
Meteran yang digunakan memiliki penjang maksimal 5 meter, dan digunakan untuk mengukur panjang besi pada pembuatan rangka alat. Dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Meteran f. Penggaris Siku
Penggaris siku digunakan untuk membuat garis sudut agar hasil sketsa yang dibuat pada besi persegi berongga, tripleks maupun plat aluminium presisi. Dapat dilihat pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Penggaris Siku g. Mistar Baja
Mistar baja digunakan untuk mendapatkan sketsa yang presisi. Selain itu digunakan juga untuk menjadi landasan saat memotong triplek menggunakan cutter, agar lurus. Dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Mistar Baja h. Pisau Cutter
Pisau cutter digunakan untuk memotong selotip, triplek dan plat aluminium.
Dapat dilihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9. Pisau Cutter i. Selotip
Selotip digunakan untuk menutup sudut luat dari penutup kondensor dan juga digunakan untuk menempelkan tirai plastik pada ruang pencurah air. Dapat dilihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Selotip
j. Amplas
Amplas digunakan untuk memperhalus permukaan rangka alat sebelum di cat dan digunakan juga untuk membuat radius pada sudut sudut plat aluminium dan triplek yang dijadikan penutup rangka. Dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Amplas k. Mesin Las
Mesin las yang digunakan adalah mesin las listrik inverter, yang digunakan untuk menyambungkan rangka alat. Dapat dilihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12. Mesin Las l. Mesin Gerinda Tangan
Mesin gerinda tangan digunakan untuk memotong triplek dan besi stall polos untuk pembuatan rangka alat dan meratakan bekas las - lasan. Dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13. Mesin Gerinda Tangan m. Sikat dan Palu Las
Sikat las dan palu las digunakan secara bergantian. Setelah selesai pengelasan, bagian yang dilas di pukul dengan palu las agar kerak pada besi dapat terlepas dan kemudian menggunakan sikat las untuk membersihkan bagian yang dilas. Dapat dilihat pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14. Sikat dan Palu Las 3.1.2.2. Bahan
Bahan yang digunakan dalam proses pembuatan mesin penghasil aquades meliputi :
a. Triplek
Triplek yang tebal digunakan untuk membuat bak penampung air bawah dan triplek yang tipis digunakan untuk membuat beberapa casing pada alat. Dapat dilihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Triplek b. Plat Aluminium
Plat aluminium digunakan untuk membuat sebagian besar casing pada alat yang dibuat. Dapat dilihat pada Gambar 3.16.
Gambar 3 .16. Plat Aluminium c. Container Box 52 liter
Container box digunakan sebagai penampung air atas pada sistem pencurah air dengan membuat lubang – lubang kecil pada dasaran container box maka akan terjadi curahan hujan saat dialiri air. Dapat dilihat pada Gambar 3.17.
Gambar 3.17 Container Box
d. Besi Bersegi Berongga
Besi persegi berongga digunakan sebagai bahan utama pembuatan rangka alat. Dapat dilihat pada Gamabar 3.18.
Gambar 3.18. Besi Persegi Berongga e. Gas Refrigerant R410a
Gas refrigerant R410a menjadi fluida kerja pada mesin siklus kompresi uap.
Dapat dilihat pada Gambar 3.19.
Gambar 3.19. Refrigerant R410a f. Pipa PVC
Pipa PVC digunakan untuk membuat saluran aliran air pada sistem pencurah air. Dapat dilihat pada Gambar 3.20.
Gambar 3.20. Pipa plastik g. Resin dan Katalis
Resin dan katalis cara penggunaannya dengan dicampurkan pada takaran tertentu. Digunakan untuk melapisi triplek yang digunakan untuk bak penampungan bawah pada sistem pencurah air. Dapat dilihat pada Gambar 3.21.
Gambar 3.21. Resin dan Katalis h. Baut Ulir
Baut ulir digunakan untuk memasangkan casing pada alat penghasil aquades dan juga untuk mengikat dudukan pada pompa air. Dapat dilihat pada Gambar 3.22.
Gambar 3.22. Baut Ulir
i. Elbow dan T
Elbow digunakan untuk membelokan aliran air secara siku atau 90O. Dan T digunakan untuk membagi aliran air menjadi 2 arah. Dapat dilihat pada Gambar 2.23.
Gambar 3.23. Elbow dan T
3.1.2.3. Alat Bantu Pengukuran a. Hygrometer
Hygrometer digunakan untuk mengukur kelembaban udara. Di higrometer terdapat alat ukur suhu yang berfungsi untuk mengukur suhu udara basah dan suhu udara kering pada ruang atau tempat yang diambil datanya. Dengan diketahui suhu udara basah dan suhu udara kering dapat diketahui kelembaban udara. Gambar 3.24 menyajikan gambar hygrometer.
Gambar 3.24. Hygrometer b. Thermocouple dan Penampil Suhu Digital
Thermocouple digunakan untuk mengukur suhu. Cara pemakaiannya dengan meletakkan atau menempelkan ujung thermocouple pada bagian yang akan diukur suhunya. Lalu penampil suhu digital dinyalakan untuk menampilkan suhu yang diukur thermocouple. Bagian yang diukur suhunya yaitu suhu evaporator dan kondensor, serta suhu udara. Gambar 3.25 menyajikan gambar thermocouple dan penampil suhu digital.
Gambar 3.25. Thermocouple dan Penampil Suhu Digital c. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur selang waktu dalam pengambilan tiap data yang dibutuhkan. Gambar 3.26 menyajikan gambar stopwatch.
Gambar 3.26. Stopwatch d. Gelas Ukur
Gelas ukur digunakan untuk menampung dan mengetahui volume aquades yang dihasilkan oleh evaporator. Gambar 3.27 menyajikan gambar gelas ukur.
Gambar 3.27. Gelas Ukur e. Tang Ampere
Tang ampere alat ukur yang digunakan untuk mengukur arus listrik pada sebuah kabel konduktor yang dialiri arus listrik dengan menggunakan dua rahang penjepitnya (Clamp) tanpa harus memiliki kontak langsung dengan terminal listriknya.
Gambar 3.28. Gambar Tang Ampere.
f. Pressure gauge
Pressure gauge adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan fluida (gas atau liquid) dalam tabung tertutup. Gambar 3.29 menyajikan gambar pressure gauge.
Gambar 3.29. Gambar Pressure Gauge.
3.1.2.4. Komponen Utama Mesin a. Evaporator
Evaporator yang digunakan yaitu evaporator standar dari AC berdaya 1 PK.
Seluruh bagian pada evaporator sudah dilapisi dengan Blue Fin yang dapat mencegah karat, korosi, serta penumpukan kotoran. Sehingga proses pendinginan menjadi lebih optimal. Contoh gambar evaporator dapat dilihat pada Gambar 3.30.
Spesifikasi :
Jenis evaporator : Pipa bersirip Bahan pipa evaporator : Tembaga
Doameter pipa : 6 mm
Bahan sirip evaporator : Aluminium
Dimensi evaporator : 71 x 27 x 19 cm (P x L x T)
Gambar 3.30. Evaporator b. Kompresor
Kompresor yang digunakan mesin ini merupakan kompresor berjenis rotari dengan daya 1 PK. Gambar kompresor disajikan pada Gambar 3.31.
Spesifikasi :
Tinggi : 28 cm
Diameter tabung besar : 12 cm Diameter tabung kecil : 4 cm Kapasitas pendinginan : 9000 Btu/h
Daya listrik : 780 Watt
Tegangan listrik : 220 – 240 V
Frekuensi : 50 Hz
Refrigerant : R410A
Tingkat kebisingan : 50 dB
Gambar 3.31. Kompresor
c. Kondensor
Kondensor yang digunakan pada mesin peneliti merupakan kondensor standar dari AC berdaya 1 PK. Kondensor ini menggunakan gold fin, hampir sama dengan blue fin berguna mencegah dari karat, korosi dan penumpukan kotoran.
Dapat dilihat pada Gambar 3.32.
Spesifikasi kondensor :
Bahan pipa : Tembaga Bahan sirip : Tembaga Diameter pipa cair : ¼ inch Diameter pipa gas : 3/8 inch
Dimensi kondensor : 72 x42 x 31 cm (P x L x T)
Gambar 3.32. Kondensor d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler yang digunakan pada mesin ini merupakan pipa kapiler standar dari AC berdaya 1 PK. Dapat dilihat pada Gambar 3.33.
Spesifikasi :
Bahan : Tembaga
Diameter dalam pipa : ± 0,6” ID (ukuran standar AC 1 PK) Panjang pipa : ± 1,5 meter
Gambar 3.33. Pipa Kapiler e. Pompa Air
Pompa air digunakan dalam siklus pencurah air sebagai penghisap air kedalam pompa dan pendorong air menuju bak pencurah air. Dapat dilihat pada Gambar 3.34.
Jenis pompa yang digunakan adalah pompa celup dengan spesifikasi : Jenis pompa : Pompa Submersible
Tipe : WD – 101 EA
Diameter pompa : 12 cm Tinggi pompa : 27 cm Daya listrik : 100 Watt Tegangan listrik : 220 V / 50 Hz Kapasitas mak. : 70 liter / menit Ketinggian mak. : 6 meter
Gambar 3.34. Pompa Submersible f. Kipas Angin
Kipas angin digunakan sebagai pendorong udara lingkungan untuk masuk kedalam ruang curahan air yang akan mempertemukan udara luar dengan air curahan dan kelembaban udara akan meningkat sebelum melewati evaporator.
Dilihat pada Gambar 3.35.
Spesifikasi kipas :
Diameter kipas : 10 inchi
Daya kipas : 35 watt
Jumlah sudu : 3
Kecepatan kipas : 4900 rpm
Gambar 3.35. Kipas Angin
3.2. Proses Pembuatan Mesin Penghasil Aquades
Langkah – langkah yang dilakukan untuk membuat mesin penghasil aquades ini, sebagai berikut :
a. Merancang skema mesin penghasil aquades.
b. Membeli dan mempersiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan mesin penghasil aquades.
c. Mempotong – potong besi persegi berongga sesuai ukuran pada rancangan rangka.
d. merangkai dan menyambung susunan besi persegi berongga sesuai rancangan menggunakan mesin las.
e. Memasang roda pada rangka mesin.
f. Memasang dinding luar mesin dengan bahan triplek, akrilik dan plat alumunium.
g. Memasang dasaran ruang mesin dengan bahan triplek.
h. Membuat bak penampung air bawah dengan triplek tebal dan dilapisi dengan menggunakan resin dan katalis.
i. Melubangi bak pencurah air dengan diameter 1,5 mm dan jarak antar lubang 15 mm.
j. Memasang komponen – komponen mesin siklus kompresi uap : kondensor, evaporator, kompresor dan pipa kapiler.
k. Memasang kipas udara masuk.
l. Memasang komponen pencurah air : bak pencurah air, bak penampung air bawah, pompa air dan pipa saluran air ¼”.
m. Memasang sistem kelistrikan mesin penghasil aquades dengan siklus kompresi uap.
3.3. Alur Penelitian
Alur pelaksanaan penelitian mesin penghasil aquades seperti pada Gambar 3.24. berikut ini :
Gambar 3.24. Skema Alur Penelitian Mesin Penghasil Aquades
3.3. Variasi Penelitian
Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah bak pencurah air yang digunakan sebagai humidifier atau penambah kelembaban di dalam mesin. Macam – macam variasi yang digunakan seperti berikut ini :
a. Tanpa menggunakan bak pencurah air b. Menggunakan 2 buah bak pencurah air c. Menggunakan 4 buah bak pencurah air 3.3. Cara Pengambilan Data
Pengambilan data terdiri dari dua bagian, data primer dan data sekunder.
Data primer merupakan data yang diperoleh dari apa yang ditampilkan oleh alat ukur yang dipasangkan pada mesin penghasil aquades. Sedangkan data sekunder merupakan data yang diperoleh dari pengolahan data primer, melalui perhitungan diagram P-h dan psychrometric chart. Berikut ini merupakan cara untuk mendapatkan data primer :
a. Menempatkan mesin penghasil air diruang terbuka (diluar laboratorium) agar mendapatkan udara dan suhu lingkungan.
b. Mengkalibrasi termometer yang digunakan untuk mengukur suhu.
c. Mempersiapkan alat ukur, gelas ukur, stopwatch, alat tulis.
d. Memasang termo kopel pada setiap titik yang akan diambil datanya.
e. Mengecek semua komponen alat.
f. Mencatat tekanan dan suhu pada setiap titik uji pada menit ke – 0.
