i
ANALISIS MESIN PENGHASIL AQUADES MENGGUNAKAN
MESIN SIKLUS KOMPRESI UAP DENGAN PENGARUH
PUTARAN KIPAS SEBELUM EVAPORATOR
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagai persyaratan mencapai
Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin
Disusun Oleh :
LAURENSIUS FRANS BERNAD
NIM : 155214036
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
ANALYSIS OF AQUADEST PRODUCING MACHINE USE A
VAPOR COMPRESSION CYCLE EQUIPPED WITH FAN
ROTATION BEHIND THE EVAPORATOR
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik in Mechanical Engineering
By
LAURENSIUS FRANS BERNAD
Student Number: 155214036
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
iii
ANALISIS MESIN PENGHASIL AQUADES MENGGUNAKAN
MESIN SIKLUS KOMPRESI UAP DENGAN PENGARUH
PUTARAN KIPAS SEBELUM EVAPORATOR
Disusun oleh
Laurensius Frans Bernad
NIM 155214036
Telah disetujui oleh
Dosen Pembimbing Skripsi
iv
ANALISIS MESIN PENGHASIL AQUADES MENGGUNAKAN
MESIN SIKLUS KOMPRESI UAP DENGAN PENGARUH
PUTARAN KIPAS SEBELUM EVAPORATOR
Dipersiapkan dan disusun oleh :
LAURENSIUS FRANS BERNAD
155214036
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
Pada tanggal 15 Januari 2019
Susunan Dewan Penguji
Nama Lengkap Tanda Tangan
Ketua : Dr. Ir. Y.B. Lukiyanto, M.T. ...
Sekretaris : Budi Setyahandana, S.T., M.T. ...
Anggota : Ir. P.K. Purwadi, M.T. ...
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan
untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta, 15 Januari 2019
Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Dekan
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis
diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 21 Desember 2018
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Laurensius Frans Bernad
Nomor Mahasiswa : 155214036
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
Analisis Mesin Penghasil Aquades Menggunakan Mesin Siklus Kompresi
Uap dengan Pengaruh Putaran Kipas Sebelum Evaporator
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan
dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk
kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin maupun memberikan royalti kepada
saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 21 Desember 2018
Yang menyatakan,
vii
ABSTRAK
Pada dasarnya aquades merupakan air murni atau H2O yang berasal dari
proses destilasi atau proses penyulingan. Dibutuhkan proses penghasilan aquades dengan cara yang lebih efisien, sederhana, praktis dan aman yaitu dengan menggunakan mesin pendingin yang bekerja dengan sistem kompresi uap. Tujuan dari penelitian ini adalah: (a) Merancang dan membuat mesin penghasil aquades yang bekerja dengan siklus kompresi uap yang dilengkapi dengan humidifier. (b) Mengetahui volume aquades yang dihasilkan oleh mesin penghasil aquades yang dilengkapi dengan humidifier untuk variasi putaran kipas maksimal yang ditempatkan sebelum evaporator. (c) Mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang digunakan pada mesin penghasil aquades yang menghasilkan volume air terbanyak perjamnya, meliputi: Qin, Qout, Win, COPaktual (Coefficient of
Performance aktual), COPideal (Coefficient of Performance ideal), dan efisiensi
mesin.
Mesin yang diteliti merupakan mesin penghasil aquades dengan menggunakan mesin siklus kompresi uap. Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Komponen mesin penghasil aquades meliputi: kompresor dengan daya sebesar 1 PK serta menggunakan refrigeran R-32, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator, sistem pencurah air dibuat menggunakan rangkaian 2 buah bak dengan luas penampang p x l x t : 34 cm x 31 cm x 32,5 cm, setiap bak diberi lubang berdiameter 2 mm, jarak antar lubang 2 cm, air dialirkan menggunakan pompa berdaya 100 watt yang terhubung dengan pipa PVC berdiameter 0,5 inch. Variasi penelitian dengan menggunakan kipas berdaya 40 watt. Ukuran kotak mesin penghasil aquades berukuran p x l x t : 251 cm x 98,5 cm x 101 cm.
Mesin penghasil aquades berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Mesin siklus kompresi uap yang digunakan memiliki nilai Qin sebesar 227 kJ/kg; Qout
sebesar 269 kJ/kg; Win sebesar 42 kJ/kg; Coefficient of Performance (aktual)
sebesar 5,40; nilai Coefficient of Performance (ideal) sebesar 7,11 dan memiliki nilai efisiensi sebesar 75,97%. Mesin mampu menghasilkan aquades dengan laju aliran volume air perjam untuk kipas yang ditempatkan sebelum evaporator kecepatan maksimal sebesar 2033,33 liter/jam, untuk kipas pada kecepatan dua sebesar 1991,67 liter/jam, untuk kipas pada kecepatan satu sebesar 1958,33 liter/jam dan untuk kipas pada kondisi off sebesar 1858,3 liter/jam.
viii
ABSTRACT
Basically aquades are pure water or H2O that comes from the distillation
process or the distillation process. The aquades income process is needed in a more efficient, simple, practical and safe way by using a cooling machine that works with a vapor compression system. The objectives of this study are: (a) Designing and making aquades producing machines that work with vapor compression cycles equipped with humidifiers. (b) Knowing the volume of distilled water produced by an aquades producing machine equipped with a humidifier for maximum fan rotation variations placed before the evaporator. (c) Knowing the characteristics of the vapor compression cycle engine used in aquades producing machines which produces the highest volume of water per hour, including: Qin, Qout, Win, COPactual (actual Coefficient of Performance), COPideal (ideal Coefficient of Performance), and engine efficiency.
The machine under study is an aquades producing machine using a vapor compression cycle machine. The study was conducted at the Mechanical Engineering laboratory of Sanata Dharma University, Yogyakarta. Aquades-producing machine components include: compressors with a power of 1 PK and using R-32 refrigerants, condensers, capillary pipes, filters, evaporators, water pouring systems are made using a series of 2 pieces of tubs with cross sectional area ofxx: 34 cm x 31 cm x 32, 5 cm, each tub is given a 2 mm diameter hole, the distance between the holes is 2 cm, the water is flowed using a 100 watt power pump connected to a 0.5 inch diameter PVC pipe. Variation of research using a 40 watt power fan. The size of the machine box producing aquades is p x l x t: 251 cm x 98.5 cm x 101 cm.
The aquades producing machine was successfully made and worked well. The vapor compression cycle machine used has a Qin value of 227 kJ / kg; Qout is 269 kJ / kg; Win is 42 kJ / kg; Coefficient of Performance (actual) of 5.40; the value of the Coefficient of Performance (ideal) is 7.11 and has an efficiency value of 75.97%. The machine is able to produce aquades with an hourly volume of water flow rate for fans placed before the evaporator maximum speed of 2033.33 liters / hour, for fans at a speed of two at 1991.67 liters / hour, for fans at one speed of 1958.33 liters / the clock and for the fan in the off condition at 1858.3 liters / hour.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat
dan rahmat-Nya sehingga Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar
serta tepat pada waktunya.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib mahasiswa Teknik Mesin
mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan
skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan
terima kasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph. D., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta dan sekaligus sebagai Dosen
Pembimbing Skripsi.
3. Alm. Prof. Dr. Drs. Vet. Asan Damanik selaku Dosen Pembimbing Akademik
dari semester 1 sampai semester 4.
4. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra selaku Dosen Pembimbing Akademik
semester 5 sampai semester 7.
5. Doddy Purwadianto S.T., M.T. selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi,
Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dharma, Yogyakarta.
6. Seluruh Staf Pengajar dan Tenaga Kependidikan Prodi Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, yang telah
mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu
dalam penyelesaian skripsi ini.
7. F.X. Agus Puji Wanto Putro dan Bernadetha Lita Widiastuti sebagai orang tua
yang telah berperan besar memberikan dukungan, baik secara spiritual dan
xi
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ... vi
ABSTRAK ... vii
1.5Manfaat Penelitian ... 5
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Dasar Teori ... 6
2.1.1 Aquades ... 6
2.1.2 Metode-metode Pembuatan Aquades ... 6
2.1.3 Komponen-komponen Mesin ... 8
2.1.4 Humidifier ... 18
2.1.5 Siklus Kompresi Uap ... 19
2.1.6 Perhitungan-perhitungan pada siklus kompresi uap ... 22
2.1.7 Psychrometric Chart ... 24
2.1.7.1 Proses-proses Yang Terjadi Pada Udara ... 27
xii
2.1.7.2 Proses-proses Pada Mesin Penghasil Aquades ... 31
2.1.7.3 Perhitungan Pada Psychrometric Chart ... 34
2.2 Tinjauan Pustaka ... 35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 38
3.1 Objek Penelitian ... 38
3.2 Alur Pelaksanaan Penelitian ... 39
3.3 Metode Penelitian... 41
3.4 Variasi Penelitian ... 41
3.5 Alat dan Bahan Penelitian ... 41
3.5.1 Alat ... 41
3.5.2 Bahan ... 43
3.6 Alat Bantu Penelitian ... 52
3.7 Pembuatan Mesin Penghasil Aquades ... 53
3.8 Skema Pengambilan Data Penelitian ... 54
3.9 Cara Mendapatkan Data ... 56
3.10 Cara Mengolah Data ... 58
2.11 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 59
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 60
4.1 Hasil Penelitian ... 60
4.2 Perhitungan ... 62
4.3 Pembahasan ... 70
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 73
5.1 Kesimpulan ... 73
5.2 Saran ... 73
DAFTAR PUSTAKA ... 74
LAMPIRAN ... 75
A.1 Mesin penghasil aquades ... 75
B.2 Psychrometric chart kondisi kipas off ... 76
B.3 Psychrometric chart kecepatan putar kipas 1 ... 76
B.4 Psychrometric chart kecepatan putar kipas 2 ... 77
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kompresor hermetik jenis torak ... 9
Gambar 2.2 Kompresor hermetik jenis rotary ... 10
Gambar 2.3 Kompresor hermetik jenis open type ... 10
Gambar 2.4 Kondensor dengan jari-jari penguat ... 12
Gambar 2.5 Kondensor dengan plat besi ... 12
Gambar 2.6 Kondensor pipa bersirip ... 13
Gambar 2.7 Pipa kapiler ... 14
Gambar 2.8 Hand valve... 14
Gambar 2.9 Automatic expansion valve ... 15
Gambar 2.10 Thermostatic expansion valve ... 15
Gambar 2.11 Evaporator dengan sirip ... 16
Gambar 2.12 Evaporator pipa-pipa dengan jari-jari penguat ... 16
Gambar 2.13 Evaporator plat ... 17
Gambar 2.14 Filter ... 17
Gambar 2.15 Kipas... 18
Gambar 2.16 Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap ... 19
Gambar 2.17 Siklus kompresi uap pada diagram P-h ... 20
Gambar 2.18 Siklus kompresi uap pada diagram T-s ... 20
Gambar 2.19 Psychrometric chart ... 25
Gambar 2.20 Skematik psychrometric chart ... 27
Gambar 2.21 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart ... 28
Gambar 2.22 Proses-proses yang terjadi pada mesin penghasil aquades... 31
Gambar 3.1 Mesin penghasil aquades dengan bak pencurah air ... 38
xiv
Gambar 3.8 Akrilik ... 46
Gambar 3.9 Plastik mika ... 47
Gambar 3.10 Kompresor hermetik jenis rotary ... 48
Gambar 3.11 Evaporator jenis pipa bersirip ... 49
Gambar 3.12 Refrigeran 32 ... 49
Gambar 3.13 Kipas angin ... 50
Gambar 3.14 Pompa air... 50
Gambar 3.15 Pipa PVC ... 51
Gambar 3.16 Bak pencurah air... 51
Gambar 3.17 Lem pipa PVC ... 51
Gambar 3.18 Hygrometer... 52
Gambar 3.19 Thermocouple ... 53
Gambar 3.20 Penampil suhu digital ... 53
Gambar 3.21 Skematik posisi alat ukur ... 55
Gambar 4.1 Siklus kompresi uap pada mesin siklus kompresi uap ... 63
yang digunakan untuk kecepatan putar kipas 1664 rpm Gambar 4.2 Psychrometric chart variasi kipaskecepatan maksimal ... 67
Gambar 4.3 Grafik laju aliran volume air yang dihasilkan perjam ... 71
Gambar 4.4 Grafik laju aliran volume air yang dihasilkan ... 71
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel pengambilan data penelitian ... 57
Tabel 4.1 Data hasil rata-rata penelitian dengan kondisi kipas off ... 60 Tabel 4.2 Data hasil rata-rata penelitian dengan kondisi ... 61
kecepatan putar kipas 1
Tabel 4.3 Data hasil rata-rata penelitian dengan kondisi ... 61
kecepatan putar kipas 2
Tabel 4.4 Data hasil rata-rata penelitian dengan kondisi ... 61
kecepatan putar kipas 3
Tabel 4.5 Lanjutan data hasil rata-rata penelitian dengan kondisi ... 62
kecepatan putar kipas 3
1
sangat penting dalam setiap aspek kehidupan sehari-hari. Air selalu digunakan
karena mudah didapatkan dari alam secara cuma-cuma. Exploitasi secara
besar-besaran terhadap air dapat mengakibatkan jumlah air yang berada di alam akan
semakin berkurang. Dengan demikian manusia tidak dapat secara terus-menerus
mengandalkan sumber air yang berada di dalam tanah.
Mesin penghasil aquades merupakan solusi bagi manusia untuk
mendapatkan air dengan tidak mengandalkan sumber air di dalam tanah. Aquades
memiliki keunggulan yaitu hampir tidak mengandung mineral dibandingkan air
tanah. Namun, untuk mendapatkan aquades memerlukan proses yang cukup
panjang dibandingkan dengan kita mendapatkan air dari tanah. Akan tetapi aquades
yang didapatkan dapat langsung dikonsumsi manusia tanpa melalui proses
perebusan atau proses sterilisasi.
Aquades diperoleh dari hasil penyulingan atau biasa disebut dengan proses
destilasi atau biasa juga disebut air murni. Pada dasarnya aquades diperoleh dengan
cara menguapkan air pada temperatur didihnya kemudian uap air didinginkan
dengan suhu rendah sehingga terjadi proses pengembunan. Air hasil pengembunan
ini disebut aquades yaitu air yang rendah akan kandungan mineral didalamnya.
Proses destilasi ini merupakan suatu proses dengan cara pemisahan adanya
bahan kimia menurut perbedaan kecepatan yang menguap atau volatilitas yakni
dengan suatu teknik pemisahan berdasar dengan perbedaan titik didih dalam
kegunaannya untuk memperoleh senyawa murni. Aquades biasanya diperoleh di
toko-toko yang khusus menyediakan bahan bahan kimia, untuk keperluan industri
Diperlukan cara lain yang mudah untuk memperoleh aquades yang lebih
sederhana dan lebih praktis. Mesin siklus kompresi uap merupakan solusi yang
praktis yang dapat dilakukan untuk mendapatkan aquades.
Aquades yang dihasilkan dengan mempergunakan mesin siklus kompresi
uap mememiliki beberapa keunggulan diantaranya :
a. Tidak memerlukan biaya besar untuk menghasilkan air aquades.
b. Aquades yang dihasilkan dapat dijual di pasaran dan tentunya harga dapat
bersaing.
c. Mesin penghasil aquades tidak memerlukan tempat yang luas karena dapat
ditempatkan di dalam ruangan maupun di luar ruangan dalam
mengoperasikan mesin tersebut.
d. Tidak memerlukan campuran bahan kimia untuk menghasilkan aquades.
Dibanding dengan proses demineralisasi, proses pembuatan aquades dengan
mesin siklus kompresi uap ini memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan sumber
energi listrik yang cukup besar. Namun untuk pembuatan aquades, proses
pembuatan aquades dengan mesin siklus kompresi uap ini lebih mudah dilakukan
dibanding proses penyulingan dan proses destilasi, hanya saja membutuhkan
sumber energi listrik.
Desalinasi dengan proses humidifikasi dan dehumidifikasi dianggap
sebagai cara yang efisien dan menguntungkan dengan memanfaatkan kondensor
dan evaporator pada pompa kalor untuk menghasilkan air tawar dari air laut
(Yaningsih dan Istanto, 2014). Dalam penelitian yang dilakukan Habeebullah, B.A.
(2010), pemanfaatan heat pump untuk mendapatkan air tawar merupakan cara yang efisien apabila digunakan pada daerah dengan jumlah penduduk yang banyak,
kurang persediaan air bersih dan membutuhkan penggunaan mesin pendingin
ruangan.
Dengan latar belakang tersebut, penulis tertantang untuk mendalami
pembuatan aquades dari mesin siklus kompresi uap dengan merancang dan
melakukan penelitian tentang mesin pembuat aquades dari mesin siklus kompresi
dapat bersaing dengan proses pembuat aquades yang sudah ada di pasaran dan
menjadi solusi bagi daerah yang membutuhkan air bersih untuk di konsumsi,
sehingga bisa menjadi alternatif untuk menghasilkan aquades yang berkualitas.
1.2 Rumusan Masalah
Pembuatan aquades masih banyak dengan menggunakan cara tradisional
yaitu dengan metode destilasi. Perlu adanya cara lain yang lebih efisien, sederhana,
praktis dan aman untuk menghasilkan aquades. Adapun rumusan masalah dari
penelitian ini adalah :
a. Bagaimanakah merancang dan membuat mesin penghasil aquades yang
efisien, sederhana, praktis dan aman yang menggunakan mesin siklus
kompresi uap.
b. Berapakah volume aquades terbanyak yang dihasilkan oleh mesin penghasil
aquades yang dilengkapi dengan humidifier untuk variasi putaran kipas maksimal yang ditempatkan sebelum evaporator.
c. Bagaimana karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan
pada mesin penghasil aquades, yang menghasilkan volume aquades
terbanyak per jamnya.
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian mesin penghasil aquades dengan siklus kompresi uap
ini adalah :
a. Merancang dan membuat mesin penghasil aquades yang bekerja dengan
siklus kompresi uap.
b. Mengetahui volume aquades terbanyak yang dihasilkan oleh mesin
penghasil aquades yang dilengkapi dengan humidifier untuk variasi putaran kipas maksimal yang ditempatkan sebelum evaporator.
c. Mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang digunakan pada
mesin penghasil aquades yang menghasilkan volume air terbanyak per
1. Besarnya kalor yang diserap evaporator (Qin) persatuan massa
refrigeran.
2. Besarnya kalor yang dilepas kondensor (Qout) persatuan massa
refrigeran.
3. Kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win).
4. Coefficient of Performance aktual (COPaktual) mesin siklus kompresi
uap.
5. Coefficient of Performance ideal (COPideal) mesin siklus kompresi uap.
6. Efisiensi (η) mesin siklus kompresi uap.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan yang diambil di dalam penelitian ini adalah :
a. Mesin penghasil aquades bekerja dengan menggunakan siklus kompresi
uap.
b. Komponen-komponen utama dari mesin siklus kompresi uap ini adalah
evaporator, kondensor, kompresor, pipa kapiler.
c. Besarnya daya yang digunakan kompresor sebesar 1 PK atau 746 watt,
ukuran komponen utama yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya
kompresor.
d. Mesin siklus kompresi uap menggunakan refrigeran R32.
e. Pada siklus kompresi uap yang terjadi diasumsikan tidak terjadi proses
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut.
f. Komponen-komponen yang digunakan mesin penghasil aquades
merupakan komponen yang banyak dan mudah didapatkan di pasaran.
g. Mesin penghasil aquades memiliki peralatan pencurah air yang bertujuan
untuk menambah kelembaban udara. Pada peralatan pencurah air terdapat
komponen :
1. Kipas tambahan dengan daya 40 watt.
2. Pompa air dengan daya 100 watt.
4. Bak pencurah air dengan dimensi : panjang x lebar x tinggi = 0,34 m x
0,31 m x 0,325 m.
5. Jumlah bak pencurah air sebanyak 2 buah.
6. Diameter lubang bak pencurah air sebesar 2 mm.
7. Jarak antar lubang pada bak pencurah air sebesar 2 cm.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian mengenai mesin penghasil aquades dengan siklus
kompresi uap ini adalah :
a. Bagi penulis, penelitian ini dapat menambah wawasan pengetahuan
mengenai mesin penghasil aquades yang bekerja dengan siklus kompresi
uap.
b. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain
untuk melakukan penelitian sejenis dan mengembangkan mesin penghasil
aquades dengan siklus kompresi uap menjadi lebih baik.
c. Mesin hasil penelitian dapat menjadi solusi bagi daerah-daerah yang
memerlukan air bersih untuk dikonsumsi.
d. Diperolehnya teknologi tepat guna berupa mesin penghasil aquades yang
lebih efisien, sederhana, praktis dan aman.
e. Hasil penelitian dapat menambah khazanah ilmu pengetahuan yang dapat
6
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Aquades
Aquades adalah air hasil destilasi/penyulingan yang sama dengan air murni
atau H2O, karena H2O hampir tidak mengandung mineral. Sedangkan air mineral
adalah pelarut yang universal dan air yang sudah banyak mengandung mineral di
dalamnya. Oleh karena itu air mineral akan dengan mudah menyerap atau
melarutkan berbagai partikel yang ditemuinya dan dengan mudah menjadi
tercemar. Dalam siklusnya di dalam tanah, air mineral akan terus bertemu dan
melarutkan berbagai mineral anorganik, logam berat dan mikroorganisme. Oleh
karena itu, air mineral berbeda dengan aquades (H2O) karena mengandung banyak
mineral di dalamnya.
1. Aquades (Aqua Destilata) yaitu air yang dihasilkan dari satu kali proses destilasi/penyulingan, sering disebut air murni namun tetap mengandung
mineral-mineral tertentu.
2. Aquabides (Aqua Bidestilata) yaitu air yang dihasilkan dari proses destilasi/penyulingan bertingkat (2x proses destilasi/penyulingan) dan
mengandung mineral lebih sedikit dari aquades.
3. Aquademin (Aqua Demineralisata) yaitu air bebas mineral baik ion positif yang berasal dari logam (besi, magnesium, dll), kesadahan (kalsium, dll) maupun ion
negatif yang berasal dari udara, gas halogen, belerang, dll, serta memenuhi
persyaratan mikroorganisme tertentu.
2.1.2 Metode-metode pembuatan aquades
Secara umum metode yang banyak digunakan untuk menghasilkan aquades
adalah dengan proses destilasi atau penyulingan. Ada empat macam proses destilasi
yang digunakan untuk menghasilkan aquades, yaitu destilasi sederhana, destilasi
Destilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia
berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan bahan untuk menguap
(volatilitas). Dalam penyulingan, campuran zat didihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali kedalam bentuk cairan. Zat yang memiliki
titik rendah akan menguap lebih dulu.
Metode ini termasuk sebagai unit operasi kimia jenis perpindahan massa.
Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan,
masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal destilasi
didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton.
1. Destilasi sederhana pada dasar merupakan salah satu cara pemurnian zat cair
yang tercemar oleh zat padat/zat cair lain dengan perbedaan titik didih cukup
besar, sehingga zat pencemar atau pengotor akan tertinggal sebagai residu.
Destilasi ini digunakan untuk memisahkan campuran cair – cair, misalnya air –
alkohol, air – aseton, dll. Proses destilasi ini dikalukan pada tekanan atmosfer.
2. Destilasi fraksionasi merupakan proses pemisahan di mana sejumlah zat
campuran tertentu (gas, padatan, cairan, suspensi, atau isotop) dipisahkan selama
transisi fasa menjadi sejumlah kecil bagian (fraksi-fraksi), yang mana
komposisinya bervariasi sesuai gradiennya/tingkatannya. Dalam destilasi
fraksional atau destilasi bertingkat, proses pemisahan parsial diulang berkali-kali
dimana setiap kali terjadi pemisahan lebih lanjut. Hal ini berarti proses
pengayaan dari uap yang lebih volatil juga terjadi berkali-kali sepanjang proses destilasi fraksional itu berlangsung. Destilasi fraksionasi digunakan untuk
memisahkan larutan yang memiliki perbedaan titik didih tidak terlalu jauh yaitu
sekitar 30OC.
3. Destilasi uap digunakan untuk memisahkan campuran senyawa-senyawa yang
memiliki titik didih mencapai 200OC atau lebih. Destilasi uap dapat menguapkan
senyawa-senyawa ini dengan suhu mendekati 100OC dalam tekanan atmosfer dengan menggunakan uap atau air mendidih. Prinsip dasar destilasi uap yaitu
mendistilasi campuran senyawa di bawah titik didih dari masing-masing
yang tidak larut dalam air di semua temperature, tapi dapat didestilasi dengan
air.
4. Destilasi vakum adalah proses destilasi yang beroperasi pada tekanan 0,4 atm
(≤300 mmHg absolut). Proses destilasi ini berlangsung dibawah tekanan
atmosfer. Destilasi vakum berfungsi untuk menurunkan titik didih pada minyak
berat atau long residu sehingga menghasilkan produk-produknya. Senyawa yang
biasa didestilasi vakum merupakan senyawa yang tidak stabil, dengan pengertian
dapat terdekomposisi sebelum atau mendekati titik didihnya atau campuran yang
memiliki titik didih diatas 150OC.
2.1.3 Komponen-komponen mesin
Mesin penghasil aquades menggunakan mesin siklus kompresi uap dimana
sebuah mesin yang bekerja dengan cara mengembunkan uap air yang terdapat di
udara. Prinsip dasarnya, aquades yang dihasilkan merupakan kandungan uap air di
udara yang mengembun setelah didinginkan oleh evaporator. Uap air yang
mengembun karena temperatur yang rendah di evaporator kemudian berubah wujud
menjadi cair. Air hasil pengembunan ini kemudian ditampung sehingga disebut
aquades.
Banyak sedikitnya air hasil pengembunan dipengaruhi oleh jumlah
kandungan air yang terdapat di udara. Semakin banyak kandungan uap air yang ada
di udara atau semakin tinggi tingkat kelembaban relatifudara, maka akan semakin
banyak pula jumlah aquades yang dihasilkan. Oleh sebab itulah diperlukannya
rangkaian tambahan yaitu bak pencurah air/humidifier untuk meningkatkan kandungan uap air di udara, sehingga jumlah aquades yang dihasilkan dapat
meningkat.
Mesin penghasil aquades terdiri atas dua bagian utama, yaitu mesin siklus
kompresi uap dan komponen bak pencurah air/humidifier. Pada bagian mesin siklus kompresi uap terdiri atas komponen-komponen dasar berupa kompresor,
kondensor, filter, pipa kapiler, dan evaporator. Sedangkan pada rangkaian
sudah dilubangi sedemikian rupa, selang dan pipa PVC untuk mengalirkan air, dan
juga bak penampung.
Komponen-komponen utama mesin siklus kompresi uap terdiri dari
kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator.
a. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigeran dari tekanan
rendah ke tekanan tinggi. Cara kerja kompresor yaitu menghisap sekaligus
mengkompresi refrigeran agar terjadi perputaran atau sirkulasi refrigeran yang
mengalir di dalam pipa-pipa mesin siklus kompresi uap. Jenis kompresor yang
digunakan dalam mesin siklus kompresi uap adalah kompresor hermetik, lebih
tepatnya kompresor hermetik torak (reciprocating compressor) yang digerakkan oleh motor listrik. Jenis kompresor hermetik lainnya yaitu kompresor hermetik
rotary dan kompresor hermetik open type.
Kompresor hermetik jenis rotary banyak dipergunakan pada mesin AC, sedangkan kompresor jenis torak banyak dipergunakan pada mesin kulkas, freezer,
showcase maupun dispenser.
Gambar 2.1 Kompresor hermetik jenis torak
Gambar 2.2 Kompresor hermetik jenis rotary.
Sumber : http://citrapelanginusantara.blogspot.co.id/2011/04/scroll-compressor_22.html
Gambar 2.3 Kompresor hermetik jenis open type
Sumber : https://hvactutorial.files.wordpress.com/2012/11/two-stage-semi-hermetic-compressor.jpg
Kompresor hermetik jenis torak dapat dilihat pada Gambar 2.1, jenis rotary
motor penggerak/motor listrik berada dalam satu tempat atau tabung tertutup dan
bersatu dengan kompresor. Motor penggerak langsung memutarkan poros
kompresor, sehingga jumlah putaran kompresor sama dengan jumlah putaran
motornya. Kompresor bekerja secara dinamis dalam perputaran refrigeran. Fase
yang terjadi ketika refrigeran masuk dan keluar kompresor berupa gas. Namun
kondisi gas yang keluar dari kompresor berupa gas panas lanjut dimana suhu gas
ini lebih tinggi dari suhu kerja kondensor.
b. Kondensor
Kondensor adalah komponen yang berfungsi sebagai tempat pengembunan
atau kondensasi refrigeran. Di dalam kondensor berlangsung tiga proses yaitu
proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh, proses
dari gas panas jenuh menuju ke cair jenuh, dan proses dari cair jenuh menjadi cair
lanjut (proses pendinginan lanjut). Proses pengembunan refrigeran dari kondisi gas
jenuh menuju ke cair jenuh berlangsung pada tekanan yang tetap. Saat ketiga proses
berlangsung, kondensor akan membuang energi dalam bentuk kalor ke lingkungan
sekitar.
Jenis kondensor yang sering digunakan dalam kapasitas kecil adalah
kondensor pipa dengan jari-jari penguat (seperti pada kulkas 1 pintu), kondensor
pipa dengan plat besi (seperti pada kulkas 2 pintu), dan kondensor pipa bersirip.
Kondensor berdasarkan media pendinginannya dibagi menjadi tiga, yaitu
kondensor berpendingin udara (air cooled condenser), kondensor berpendingin air (water cooled condenser), dan kondensor berpendingin air dan udara (evaporative condenser). Pada umumnya kondensor yang digunakan dalam mesin pendingin adalah kondensor pipa dengan jari-jari penguat, namun pada mesin AC
menggunakan jenis kondensor pipa bersirip.
Pada Gambar 2.4 menyajikan contoh gambar kondensor dengan jari-jari
penguat dengan 5 lintasan. Pada kondensor dengan jari-jari penguat, fungsi dari
jari-jari penguat selain untuk menguatkan konstruksi juga sebagai sirip yang
berfungsi untuk memperluas permukaan sehingga laju perpindahan kalor menjadi
Gambar 2.4 Kondensor dengan jari-jari penguat
Sumber : http://parma-teknik.blogspot.co.id/2012/10/kondensor-kulkas.html
Pada Gambar 2.5 menyajikan contoh gambar kondensor dengan plat besi.
Kondensor dengan plat besi banyak ditemui pada mesin-mesin kulkas, freezer, dan
showcase yang diproduksi pada saat ini. Tujuannya adalah agar menambah luas penampang kondensor sehingga perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan dapat
lebih cepat.
Gambar 2.5 Kondensor dengan plat besi
Pada Gambar 2.6 menyajikan contoh gambar kondensor pipa bersirip.
Kondensor pipa bersirip. Kondensor pipa bersirip banyak ditemui pada mesin AC
rumah tangga. Fungsi adanya sirip pada kondensor ini bertujuan agar pelepasan
kalor ke lingkungan bisa lebih cepat.
Gambar 2.6 Kondensor pipa bersirip
Sumber : http://ferinuril.blogspot.co.id/2016/03/cara-kerja-mesin-pendingin-air.html
c. Pipa kapiler
Pipa kapiler merupakan alat ekspansi dalam komponen mesin siklus
kompresi uap yang berfungsi menurunkan tekanan refrigeran dan mengalirkan
refrigeran menuju evaporator. Pipa kapiler biasanya berukuran sekitar 0,8-2,0 mm.
Pada pipa kapiler, refrigeran yang mengalir berada pada fase cair, sehingga tidak
jarang akan mengeluarkan bunyi seperti aliran air pada saat mesin beroperasi.
Fungsi pipa kapiler sangat vital karena menghubungkan dua bagian tekanan yang
berbeda, yaitu tekanan tinggi dan tekanan rendah. Refrigeran bertekanan tinggi
sebelum melewati pipa kapiler akan diubah atau diturunkan tekanannya. Akibat dari
penurunan tekanan refrigeran menyebabkan terjadinya penurunan suhu pada fase
campuran cair dan gas. Pada bagian inilah refrigeran mencapai suhu terendah.
Jenis alat ekspansi lainnya yang dapat digunakan untuk menurunkan
digunakan pada unit mesin pendigin berkapasitas besar dan berkapasitas sedang.
Katup ekspansi jenis AVX dan TXV juga berfungsi untuk mengatur aliran
refrigeran. Berbeda dengan pipa kapiler, pipa kapiler tidak mampu mengatur laju
aliran refrigeran berdasarkan beban pendinginnya.
Pada Gambar 2.7 memperlihatkan contoh dari pipa kapiler yang digunakan
pada AC, freezer, maupun showcase. Gambar 2.8 memperlihatkan contoh dari hand valve yang kerap kali dipergunakan untuk memindahkan refrigeran dari tabung ke mesin pendingin. Gambar 2.9 memperlihatkan contoh dari AXV (automatic expansion valve). Gambar 2.10 memperlihatkan contoh dari TXV (thermostatic expansion valve).
Gambar 2.7 Pipa kapiler
Sumber : http://servicepelitateknik.blogspot.co.id/2017/08/komponen-komponen-ac-dan-fungsinya.html
Gambar 2.8 Hand valve
Gambar 2.9 Automatic expansion valve
Sumber : https://hvactutorial.files.wordpress.com/2011/07/automatic-expansion-valve.jpg?w=1400
Gambar 2.10 Thermostatic expansion valve
Sumber : https://mariners.page4.me/clip-image0063_450_330.jpg
d. Evaporator
Evaporator merupakan tempat terjadinya perubahan fase fluida dari bentuk
campuran cair dan gas menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat
penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan energi kalor. Energi kalor tersebut
lebih rendah dari pada temperatur sekelilingnya, sehingga kalor dapat mengalir ke
refrigeran. Proses penguapan refrigeran di evaporator berlangsung pada tekanan
tetap dan suhu yang tetap. Berbagai jenis evaporator yang sering digunakan pada
mesin siklus kompresi uap adalah jenis evaporator pipa dengan sirip (seperti pada
kulkas 2 pintu), evaporator pipa-pipa dengan jari-jari penguat (seperti pada freezer),
dan jenis evaporator plat (seperti pada kulkas 1 pintu).
Pada Gambar 2.11 menyajikan gambar evaporator dengan sirip, Gambar
2.12 menyajikan gambar evaporator dengan jari-jari penguat, dan Gambar 2.13
menyajikan gambar evaporator dengan plat.
Gambar 2.11 Evaporator dengan sirip
Sumber : http://www.shenglin-tech.com/uploads/131209/2-13120914395Y51.jpg
Gambar 2.12 Evaporator pipa-pipa dengan jari-jari penguat
Gambar 2.13 Evaporator plat
Sumber : https://tommyji.en.made-in-china.com/product/LbTJRWNyCqrX/China-Deep-Fridge-Aluminium-Plate-Roll-Bond-Evaporator-Coil.html
e. Filter
Filter merupakan komponen yang digunakan untuk menyaring
kotoran-kotoran yang terbawa pada saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter,
refrigeran yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian refrigeran yang
telah melewati filter menjadi lebih bersih, sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat
berlangsung dengan maksimal. Selain itu jika tidak adanya filter, kotoran akan
mudah masuk ke dalam pipa kapiler sehingga dapat menyebabkan pipa kapiler
menjadi tersumbat yang dapat mengakibatkan sistem menjadi tidak bekerja secara
optimal atau tidak bekerja sama sekali. Oleh sebab itu, filter ditempatkan sebelum
pipa kapiler.
Gambar 2.14 menyajikan gambar filter yang terdapat pada mesin-mesin
siklus kompresi uap yang diproduksi saat ini.
Gambar 2.14 Filter
f. Kipas
Kipas merupakan komponen yang terdiri dari motor listrik dan
baling-baling. Kipas berfungsi untuk mengalirkan fluida gas atau udara. Pada sistem siklus
kompresi uap, udara yang dihembuskan oleh kipas akan mempercepat proses
perpindahan kalor, seperti dari kondensor menuju lingkungan, dan dari lingkungan
ke evaporator. Kipas ini juga berfungsi untuk membantu membuang kalor pada
kondensor sehingga temperatur kondensor akan lebih stabil dan kondensor akan
terhindar dari overheat.
Pada Gambar 2.15 menyajikan gambar kipas dengan 4 sudu yang biasa
terdapat pada kondensor.
Gambar 2.15 Kipas
Sumber : http://andriemultiteknik.com/2018/03/11/komponen-ac-split-pendukung.html
2.1.4 Humidifier
Humidifier merupakan perangkat yang digunakan untuk menambah kadar air atau menaikkan kandungan air di dalam udara. Penambahan kandungan air di
dalam udara akan meningkatkan nilai kelembapan relatif pada udara dan nilai
kelembaban spesifik udara. Humidifier biasanya digunakan untuk menaikkan kandungan air di dalam udara pada suatu ruangan, seperti di rumah, kantor, atau
pada industri. Perangkat humidifier diperlukan untuk menjaga udara dalam ruangan agar memiliki kelembapan dan suhu udara yang sesuai dengan kebutuhan. Pada
Seperti diketahui, proses humidifikasi untuk penggunaan di dalam rumah disertai
pula dengan proses penurunan suhu udara. Proses ini lazim disebut dengan proses
evaporative cooling. Sedangkan untuk penggunaan pada skala industri, humidifier
digunakan agar tingkat kelembapan udara tidak mengganggu proses jalannya
produksi.
2.1.5 Siklus kompresi uap
Siklus kompresi uap merupakan sistem refrigerasi yang menggunakan
refrigeran sebagai media kerjanya. Gambar 2.16 menyajikan rangkaian komponen
siklus kompresi uap, Gambar 2.17 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram
P-h, dan Gambar 2.18 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram T-s.
Gambar 2.16 Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap
Pada Gambar 2.16, Qin merupakan besarnya kalor yang dihisap atau diserap
evaporator dari udara persatuan massa refrigeran. Qout merupakan besarnya kalor
yang dilepas atau dibuang kondensor ke udara persatuan massa refrigeran. Win
merupakan besarnya kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran.
Gambar 2.17 Siklus kompresi uap pada diagram P-h
Sumbu tekanan pada Gambar 2.17 pada umumnya dinyatakan dengan
tekanan absolut. Tekanan absolut dapat dinyatakan dengan tekanan pengukuran
ditambah dengan tekanan atmosfer. Tekanan pengukuran adalah besarnya tekanan
yang diperoleh oleh alat ukur ketika diperguakan untuk mengukur tekanan
refrigeran.
Gambar 2.18 Siklus kompresi uap pada diagram T-s
Proses dari siklus kompresi uap yang disertai dengan proses pemanasan
lanjut dan pendinginan lanjut adalah sebagai berikut :
a. Proses kompresi (proses 1 - 2)
Proses kompresi ini dilakukan oleh kompresor yang digambarkan pada
tahap 1-2 pada Gambar 2.17 dan Gambar 2.18. Kondisi awal pada saat masuk ke
dalam kompresor, refrigeran merupakan gas panas lanjut bertekanan rendah.
Setelah mengalami kompresi, refrigeran akan menjadi gas panas lanjut bertekanan
tinggi. Proses ini berlangsung secara isentropik (iso entropi). Temperatur refrigeran
yang keluar kompresor akan meningkat.
b. Proses penurunan suhu gas panas lanjut menjadi gas jenuh (proses 2 - 2a)
Proses penurunan suhu atau pendinginan dari gas panas lanjut menjadi gas
jenuh ini terjadi pada tahap 2-2a pada Gambar 2.17 dan Gambar 2.18. Refrigeran
mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan karena adanya
kalor yang mengalir ke lingkungan karena disebabkan suhu refrigeran lebih tinggi
dari suhu lingkungan.
c. Proses kondensasi (proses 2a - 3a)
Kondensasi terjadi pada tahap 2a-3a pada Gambar 2.17 dan Gambar 2.18.
Pada proses ini, gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses ini
berlangsung pada suhu dan tekanan tetap atau konstan. Pada proses ini terjadi aliran
kalor dari kondensor ke lingkungan dikarenakan suhu kondensor lebih tinggi dari
suhu udara lingkungan. Karena adanya aliran kalor yang dikeluar dari kondensor,
maka menyebabkan terjadinya perubahan fase.
d. Proses pendinginan lanjut (proses 3a - 3)
Proses pendinginan lanjut ini terjadi pada tahap 3a-3 pada Gambar 2.17 dan
Gambar 2.18. Proses pendinginan lanjut merupakan proses penurunan suhu
konstan. Proses ini diperlukan supaya kondisi refrigeran yang keluar dari kondensor
dapat benar-benar berada dalam fase cair.
e. Proses penurunan tekanan (proses 3 - 4)
Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3-4 yang terdapat pada Gambar
2.17 dan Gambar 2.18. Pada fase cair, refrigeran mengalir menuju pipa kapiler dan
mengalami penurunan tekanan dan suhu, sehingga suhu refrigeran lebih rendah dari
temperatur lingkungan. Pada tahap ini, refrigeran berubah dari yang semula dalam
fase cair menjadi fase campuran (cair dan gas). Proses ini berlangsung secara iso
entalpi atau isentalpi atau berlangsung dengan nilai entalpi yang tetap.
f. Proses penguapan (proses 4 - 1a)
Proses penguapan atau evaporasi terjadi pada tahap 4-1a pada Gambar 2.17
dan Gambar 2.18. Pada fase campuran cair dan gas, refrigeran yang mengalir ke
evaporator berada pada tekanan dan temperatur rendah, sehingga ketika refrigeran
menerima kalor dari lingkungan akan mengubah seluruh fase fluida refrigeran
menjadi gas jenuh. Proses penguapan berlangsung pada tekanan dan suhu yang
tetap.
g. Proses pemanasan lanjut (proses 1a - 1)
Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 1a-1 pada Gambar 2.17 dan
Gambar 2.18. Proses ini merupakan proses dimana uap refrigeran yang
meninggalkan evaporator akan mengalami pemanasan lanjut sebelum memasuki
kompresor. Pemanasan lanjut tersebut dapat disebabkan oleh pengendali jenis katup
cekik yang digunakan, dimana penyerapan panas dapat terjadi pada jalur antara
evaporator dan kondensor.
2.1.6 Perhitungan-perhitungan pada siklus kompresi uap
Diagram tekanan-entalpi pada siklus kompresi uap dapat digunakan untuk
energi yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator, COPaktual, COPideal,
efisiensi, dan laju aliran massa refrigeran.
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan proses perubahan
entalpi pada diagram P-h pada titik 1-2 di Gambar 2.17 yang dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (2.1) :
Win = h2– h1 ...(2.1)
Dengan Win merupakan kerja kompresor persatuan massa refrigeran, h1 merupakan
nilai entalpi refrigeran pada saat masuk kompresor, dan h2 merupakan nilai entalpi
refrigeran pada saat keluar kompresor.
b. Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor (Qout)
Besarnya energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh
kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2 ke 3 (lihat Gambar 2.17),
perubahan tersebut dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.2) :
Qout = h2– h3 ...(2.2)
Dengan Qout merupakan energi kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa
refrigeran, h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor, dan h3 adalah
nilai entalpi refrigeran keluar kondensor atau masuk pipa kapiler.
c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)
Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran
merupakan perubahan entalpi pada titik titik 4 ke 1 (lihat Gambar 2.17), besarnya
perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.3) :
Qin = h1– h4 ...(2.3)
Dengan Qin merupakan energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
refrigeran, h1 merupakan nilai entalpi refrigeran pada saat keluar evaporator atau
sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor, dan h4 merupakan nilai
saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses yang terjadi pada pipa kapiler
berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai h4 = h3
d. Coefficient Of Performance aktual (COPaktual)
Besarnya nilai Coefficient Of Performance aktual dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.4)
COPaktual =
Qin
Win
...(2.4)
Dengan COPaktual merupakan nilai rasio kerja sebuah mesin dalam siklus kerjanya,
Qin merupakan energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran,
dan Win merupakan besarnya kerja kompresor persatuan massa refrigerean.
e. Coefficient Of Performance ideal (COPideal)
Besarnya nilai Coefficient Of Performance ideal dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.5) :
COPideal =
𝑇𝑒
𝑇𝑐−𝑇𝑒 ...(2.5)
Dengan COPideal merupakan Coefficient Of Performance maksimum yang dapat
dicapai sebuah mesin siklus kompresi uap, Tc merupakan suhu mutlak kondensor,
dan Te merupakan suhu mutlak evaporator.
f. Efisiensi mesin siklus kompresi uap (η)
Besarnya nilai efisiensi mesin siklus kompresi uap dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (2.6) :
η = 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙
𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑥 100% ...(2.6)
2.1.7 Psychrometric chart
Psychrometric chart merupakan suatu kurva/diagram yang digunakan untuk mengetahui karakteristik udara pada suatu kondisi tertentu. Dengan adanya
parameter yang sudah diketahui untuk mendapatkan nilai lain dari karakteristik
udara (Tdb, Twb, Tdp, W, RH, H, SpV). Dalam chart ini dapat langsung diketahui
hubungan antara berbagai parameter udara secara cepat dan persisi, baik yang
berkaitan dengan sifat fisik udara maupun sifat thermiknya.Psychrometric chart
merupakan dasar dari teknik pendingin dan tata udara. Contoh psychrometric chart
dapat dilihat pada Gambar 2.19.
Cara terbaik memahami psikrometrik chart adalah
mengobservasibagaimana letak dan posisi setiap garis kurva diletakkan
ataudipetakan pada psikrometrik chart. Psikrometrik chart menyatakanhubungan
antara suhu bola kering, suhu bola basah, suhu titikembun, kelembaban relatif,
panas total (entalpi), volume speisifik,kelebaban spesifik, panas sensibel dan panas
laten.
Parameter-parameter udara dalam psychrometric chart antara lain (a) dry-bulb temperature, (b) wet-bulb temperature, (c) specific humidity, (d) dew-point temperature, (e) entalpi, (f) volume spesifik, (g) kelembapan relatif.
Gambar 2.19 Psychrometric chart
a. Dry-bulb temperature (Tdb)
Dry-bulb temperature merupakan suhu udara kering yang diperoleh melalui pengukuran termometer dengan kondisi bulb pada keadaan kering. Pada
psychrometric chart, Tdb digambarkan sebagai garis vertikal yang berawal dari garis
sumbu mendatar yang terletak di bagian bawah chart.
b. Wet-bulb temperature (Twb)
Wet-bulb temperature merupakan suhu udara basah yang diperoleh melalui pengukuran termometer dengan kondisi bulb pada keadaan basah (bulb diselimuti kain basah). Pada psychrometric chart, Twb diposisikan sebagai garis
diagonal/miring ke bawah yang berawalkan dari garis saturasi yang terletak pada
bagian samping kanan chart.
c. Specific humidity (W)
Specific humidity merupakan jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering (kg air/kg udara kering). Pada psychrometric chart, W diposisikan pada garis sumbu vertikal yang berada pada bagian samping kanan
chart. Bila nilai W naik maka kandungan air yang terdapat di udara akan semakin banyak, demikian juga dengan sebaliknya.
d. Dew-point temperature (Tdp)
Dew-point temperature merupakan besarnya suhu pada saat uap air di udara mulai menunjukkan pengembunan ketika udara didinginkan. Pada psychrometric chart, Tdp ditandai sebagai titik sepanjang garis saturasi.
e. Entalpi (h)
Entalpi merupakan besarnya jumlah kalor total dari campuran udara dan uap
air yang nilainya tergantung kepada suhu dan tekanannya. Entalpi dinyatakan dalam
f. Volume spesifik (SpV)
Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meter
kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan meter kubik udara kering
atau meter kubik campuran per kilogram udara kering.
g. Kelembapan realtif (%RH)
Kelembaban relatif merupakan persentase perbandingan jumlah air yang
terkandung dalam satu meter kubik dengan jumlah air maksimal yang dapat
terkandung dalam satu meter kubik tersebut.
Gambar 2.20 Skematik psychrometric chart
Sumber: http://3.bp.blogspot.com/_ICtrCXo1vmE/Si2sSS7S6dI/AAAAAAAA AHs/w1Xdq348bEs/s400/psc_03.gif
2.1.7.1 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart
pemanasan dan menaikkan kelembapan (heating and humidifying). Pada Gambar 2.21 menggambarkan semua proses-proses yang dapat terjadi pada udara yang
digambarkan pada psychrometric chart.
Gambar 2.21 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart
a. Proses pendinginan dan penurunan kembapan (cooling and dehumidifying)
Proses pendinginan dan penurunan kelembaban berfungsi menurunkan
temperatur (dry bulb) dan menurunkan kandungan uap air di udara. Jadi pada proses ini menyebabkan semua properti udara mengalami perubahan. Dalam
psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju arah kiri bawah (ke arah barat daya). Kondisi udara yang
mengalami perubahan adalah: turunnya enthalpi, turunnya temperatur (wet bulb), turunnya titik embun (dew point), naiknya densitas udara, turunnya spesific volume, dan bisa terjadi kenaikkan atau penurunan kelembapan relatif udara (tergantung
proses cooling & de-humidifying yang diinginkan).
b. Proses pemanasan sensibel (sensible heating)
Proses pemanasan sensibel (sensible heating) berfungsi menaikkan temperatur (dry bulb) udara tanpa mengurangi kandungan uap air. Jadi proses ini berlangsung pada kondisi moisture content yang konstan sehingga titik embun (dew point) juga berada dalam kondisi konstan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak dari kiri horizontal
ke kanan (ke arah timur). Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan
adalah: naiknya enthalpi, naiknya temperatur (wet bulb), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikan spesific volume, dan turunnya kelembapan relatif udara.
c. Proses pendinginan dan manaikan kelembapan (evaporative cooling) Proses evaporative cooling berfungsi menurunkan temperatur (dry bulb) dan menaikkan kandungan uap air di udara. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju arah kiri
atas (ke arah barat laut). Kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: naik
atau turunnya enthalpi atau bisa juga terjadi dalam enthalpi yang konstan, naik atau
turunnya temperatur (wet bulb) atau bisa juga terjadi dalam kondisi wet bulb yang konstan, naiknya titik embun (dew point), naik atau turunnya densitas udara atau bisa juga terjadi dalam kondisi densitas yang konstan, naik atau turunnya specific volume atau bisa juga terjadi dalam kondisi specific volume yang konstan, dan kenaikkan kelembapan relatif udara.
d. Proses pendinginan sensibel (sensible cooling)
Proses sensible cooling berfungsi menurunkan temperatur (dry bulb) udara tanpa mengurangi kandungan uap air. Jadi proses ini berlangsung pada kondisi
moisture content yang konstan sehingga titik embun (dew point) juga berada dalam kondisi konstan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak dari kanan horizontal ke kiri (ke arah barat).
Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: turunnya enthalpi,
turunnya temperatur (wet bulb), naiknya densitas udara karena terjadi penurunan
e. Proses humidifying
Proses humidifying berfungsi menambahkan kandungan uap air ke udara tanpa merubah temperatur (dry bulb). Jadi proses ini berlangsung pada kondisi temperatur (dry bulb) yang konstan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak dari bawah vertikal ke
atas (ke arah utara). Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan adalah:
naiknya enthalpi, naiknya temperatur (wet bulb), naiknya titik embun (dew point), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikkan spesific volume, dan naiknya kelembapan relatif udara.
f. Proses dehumidifying
Proses dehumidifying proses ini berfungsi menurunkan kandungan uap air di udara tanpa merubah temperatur (dry bulb). Jadi proses ini berlangsung pada kondisi temperatur (dry bulb) yang konstan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak dari atas vertikal
ke bawah (ke arah selatan). Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan
adalah: turunnya enthalpi, turunnya temperatur (wet bulb), turunnya titik embun (dew point), naiknya densitas udara karena terjadi penurunan spesific volume, dan turunnya kelembapan relatif udara.
g. Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying) Proses heating and dehumidifying berfungsi menaikkan temperatur (dry bulb) dan menurunkan kandungan uap air di udara. Dalam psychrometric chart
perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju
arah kanan bawah (ke arah tenggara). Kondisi udara yang mengalami perubahan
adalah: turun atau naiknya enthalpi atau bisa juga terjadi dalam kondisi enthalpi
h. Proses pemanasan dan menaikan kelembapan (heating and humidifying) Proses heating and humidifying berfungsi menaikkan temperatur (dry bulb) dan menaikkan kandungan uap air di udara. Jadi pada proses ini menyebabkan
semua properti udara mengalami perubahan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju arah kanan
atas (ke arah timur laut). Kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: naiknya
enthalpi, naiknya temperatur (wet bulb), naiknya titik embun (dew point), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikkan spesific volume, dan bisa terjadi kenaikkan atau penurunan kelembapan relatif udara (tergantung proses heating & humidifying
yang diinginkan). Jadi dalam proses ini penambahan uap air bukan berarti akan
menaikkan relative humidity-nya.
2.1.7.2 Proses-proses pada mesin penghasil aquades
Proses-proses yang terjadi pada mesin penghasil aquades dapat dilihat pada
Gambar 2.22. Proses-proses yang terjadi meliputi (a) proses evaporative cooling
(titik A-B), (b) proses cooling (titik B-C), (c) proses cooling dan dehumidifying
(titik C-D), dan (d) proses heating dan humidifying (titik D-A).
Gambar 2.22 menyajikan proses-proses yang terjadi pada mesin penghasil
aquades pada kondisi kecepatan putar kipas maksimal. Proses- proses lain yang
terjadi pada mesin penghasil aquades terlampir pada Gambar B.2, Gambar B.3, dan
Gambar B.4.
a. Proses pendinginan dan menaikkan kelembapan (evaporative cooling) Pada proses ini terjadi penurunan temperatur (dry bulb) dan kenaikan kandungan uap air di udara. Proses ini terjadi karena udara yang semula berada
dalam kondisi lingkungan, mengalir melewati bak pencurah air/humidifier.
Kelembapan relatif udara akan meningkat atau akan naik selama proses ini
berlangsung. Selain itu kondisi udara yang dapat mengalami perubahan adalah
naiknya titik embun, naik atau turunnya enthalpi, atau bahkan bisa terjadi dalam
enthalpi yang konstan. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.22.
Titik A merupakan kondisi udara pada lingkungan sebelum memasuki box
mesin penghasil aquades. Udara pada titik A ini kemudian akan mengalir masuk ke
dalam rangkaian mesin yang kemudian akan dilewatkan melalui humidifier. Titik A pada psychromertic chart, diperoleh dengan melihat temperatur bola kering dan temperatur bola basah yang tertera pada hygrometer. Titik B diperoleh dengan cara yang sama tetapi dengan hygrometer yang terpasang setelah rangkaian bak pencurah air.
b. Proses pendinginan sensible (sensible cooling) (titik B-C)
Pada Gambar 2.22, proses ini merupakan proses penurunan temperatur (dry
bulb) tanpa mengurangi kandungan uap air yang terkandung di udara. Proses
cooling ini berlangsung pada moisture content yang konstan. Kondisi udara yang mengalami perubahan pada proses ini adalah: turunnya enthalpi, turunnya
temperatur (wet bulb), naiknya densitas udara karena terjadi penurunan spesific volume, dan naiknya kelembapan relatif udara. Kenaikan kelembapan relatif udara akan mencapai 100% yang ditunjukan pada garis saturasi.
Titik C pada proses ini merupakan kondisi udara pada saat udara berada di
dari kanan ke kiri mengikuti garis saturasi dari titik B hingga pada batas maksimal
kelembapan relatif udara, yaitu saat kelembapan relatif udara menunjukan nilai
100%.
c. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan atau cooling and dehumidifying (titik C-D)
Pada Gambar 2.22, penurunan panas sensibel dan penurunan panas laten ke
udara. Pada proses ini, temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi,
volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembapan spesifik mengalami
penurunan. Sedangkan kelembapan relatif nilainya tetap pada nilai 100%. Pada
proses ini udara didinginkan oleh evaporator hingga mendekati suhu kerja
evaporator. Uap air yang terkandung di udara mengalami proses pengembunan
sehingga berubah menjadi air. Proses pengembunan ini mengakibatkan tingkat
kelembapan spesifik pada udara menjadi berkurang.
Titik D pada proses ini merupakan kondisi udara yang telah melewati
evaporator atau dapat disebut juga sebagai udara keluaran evaporator. Titik D ini
diperoleh dengan menggambar garis menurun mengikuti garis saturasi dari titik C
hingga titik suhu sama dengan suhu udara keluar evaporator.
d. Proses pemanasan dan menaikan kelembapan atau heating and humidifying
(titik D-A)
Pada Gambar 2.22, proses ini menunjukkan proses heating and humidifying. Proses ini terjadi karena udara keluaran evaporator akan dikeluarkan menuju
lingkungan sehingga kondisi udara keluaran evaporator akan sama dengan udara
lingkungan. Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola kering, temperatur
bola basah dan kelembapan spesifik. Pada proses ini, terjadi kenaikkan enthalpi,
2.1.7.3 Perhitungan pada psychrometric chart
Dari data-data yang ada pada psychrometric chart dapat dihitung (a) laju aliran volume air yang diembunkan, (b) penurunan kandungan uap air, (c) laju
aliran massa udara, dan (d) debit aliran udara.
a. Laju aliran volume air yang diembunkan
Laju aliran volume air yang diembunkan dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (2.9) :
Vair =
Vair
∆t ...(2.9)
dengan Vair adalah laju aliran volume air, Vair adalah jumlah air yang dihasilkan, dan ∆t adalah selang waktu yang dibutuhkan.
b. Penurunan kandungan uap air
Penurunan kandungan uap air pada proses penghasilan aquades (lihat
Gambar 2.22) dapat dihitung dengan Persamaan (2.10) :
∆W = Wa-Wb ...(2.10) dengan ∆Wadalah penurunan kandungan uap air, Wa adalah kelembapan spesifik
udara sebelum masuk evaporator, dan Wb adalah kelembapan spesifik udara setelah
keluar evaporator.
c. Laju aliran massa udara yang berhasil diembunkan
Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan
(2.11) :
Mudara = ṁair
Wa-Wb =
ṁair/∆t
Wa-Wb ...(2.11)
dengan Mudara merupakan laju aliran massa udara, mair adalah laju aliran massa air
yang dihasilkan, Wa adalah kelembapan spesifik udara sebelum masuk evaporator,
dan Wb adalah kelembapan spesifik udara setelah keluar evaporator, mair adalah
massa aquades yang dihasilkan, ∆t adalah selang waktu yang dibutuhkan untuk
d. Debit aliran udara
Debit aliran udara dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.12) :
Qudara = ṁudara
ρudara = mudara x Uudara ...(2.12)
dengan Qudara merupakan debit aliran udara, mudara adalah laju aliran massa udara,
pudara adalah massa jenis udara, dan Uudara adalah volume spesifik udara.
2.2 Tinjauan pustaka
Yaningsih dkk, (2015) melakukan penelitian dengan menguji pengaruh
penggunaan refrigeran terhadap unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor
dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Pada penelitian ini
refrigeran yang digunakan adalah HCR-134a, HCR-12 dan HFC-134a. Temperatur air laut dikondisikan pada temperatur konstan sebesar 45ᵒC. Kompresor
dioperasikan pada putaran konstan sebesar 1.200 rpm, laju aliran volumentrik air laut dijaga sebesar 300 liter/jam, dan air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang. Hasil penelitian ini menunjukkan unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan
menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikas dengan menggunakan
refrigeran HCR-134a menghasilkan produksi air tawar sebesar 25,6 liter/hari dan COPaktual 5.5, lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan refrigeran HCR-12
dan HFC-134a berturut-turut adalah 24,4 liter/hari, 22,1 liter/hari dan 5,4 dan 5,2. Air tawar hasil proses desalinasi memiliki nilai salinitas 715 ppm.
Eko Romadhoni, (2017) melakukan penelitian tentang mesin penghasil air
aki menggunakan mesin siklus kompresi uap dilengkapi dengan humidifier. Penelitian ini dilakukan secara eksperimen. Tujuan dari penelitian ini adalah: (a)
Merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan sistem kompresi uap yang
dilengkapi dengan humidifier. (b) Mengetahui karakteristik mesin penghasil air aki yang telah dibuat meliputi: COPaktual (Coefficient of Performance), COPideal
(Coefficient of Performance), efisiensi dari mesin siklus kompresi uap dan mengetahui jumlah air aki yang dihasilkan oleh mesin penghasil air aki per jamnya.
Komponen mesin penghasil air aki meliputi: mesin pendingin ruangan atau AC
410A, rangkaian pencurah air dibuat menggunakan pipa PVC berdiameter 1/2 inch,
lubang pencurah berdiameter 2 mm, jarak antar lubang 1,5 cm, rangkaian berjumlah
14 baris, air dialirkan menggunakan pompa berdaya 125 watt. Kipas pada
humidifier berdaya 40 watt, kecepatan aliran udara 1,28 m/s untuk kecepatan satu dan 1,62 m/s untuk kecepatan maksimal. Variasi penelitian dengan menggunakan
kipas kecepatan satu, kipas kecepatan maksimal dan kipas pada humidifier off. Ukuran kotak mesin penghasil air aki berukuran p x l x t : 2 m x 1 m x 2 m. Mesin
penghasil air aki berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Mesin siklus kompresi
uap yang digunakan memiliki nilai Coefficient of Performance (aktual) sebesar 7,61, nilai Coefficient of Performance (ideal) sebesar 10,6 dan memiliki nilai efisiensi sebesar 71,72%. Mesin mampu menghasilkan air aki dengan laju aliran
volume air untuk kipas pada humidifier kecepatan maksimal sebesar 1,41 liter/jam, untuk kipas pada humidifier kecepatan satu sebesar 1,35 liter/jam dan untuk kipas pada humidifier off sebesar 1,28 liter/jam.
Yaningsih dan Istanto, (2014), melakukan penelitian tentang desalinasi
dengan proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang dianggap sebagai cara efisien
dan menjanjikan dimana memanfaatkan condensor dan evaporator dari pompa kalor untuk menghasilkan air tawar dari air laut. Penelitian ini menguji laju aliran
massa udara terhadap produktivitas tawar unit desalinasi berbasis pompa kalor
dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Pada penelitian laju
aliran massa udara divariasi sebesar 0,0103 kg/s, 0,0153 kg/s, 0,0202 kg/s, 0,0306
kg/s dengan cara mengatur kecepatan udara sebesar 2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s, 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 optimun tersebut. Produksi air
0,0306 kg/s berturut-turut rata-rata sebesar 11,28 liter/hari, 18,72 liter/hari, 24,48
