PENGUJIAN MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN
MENGGUNAKAN ENERGI SURYA DAN CAMPURAN
AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
WUNARDI SURYA NIM. 100401039
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas
rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul
“PENGUJIAN MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA DAN CAMPURAN AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan
Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin sub bidang Konversi Energi,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi
penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, dan bantuan baik materiil, moril,
maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk
itu sebagai manusia yang tahu terima kasih, dengan penuh ketulusan hati penulis
mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada:
1. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing yang dengan
penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada
penulis.
2. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc. selaku Dosen Pembanding I dan
Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT. selaku Dosen Pembanding II
yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua penulis, Antony dan Lan Fie, SE. serta adik penulis,
Belinda Evelyn dan Daren Wunarco yang tidak pernah putus – putusnya
memberikan dukungan, doa, dan kasih sayangnya yang tak terhingga
kepada penulis.
6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang
telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama
ii
7. Rekan – rekan khususnya Stefanus Wangsa, Dwyanto, Hendri, Helbert,
Christianto, Kenny Austin, Derrick, Michael Tanjaya, Wilsen Simon, dan
rekan mahasiswa angkatan 2010 serta semua rekan mahasiswa Teknik
Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
8. Teman – teman yang selalu memotivasi khususnya Melisa, Agnes, Nadya,
Jeffry, Kevin dan semua teman – teman yang berada di Keluarga
Mahasiswa Buddhis yang telah memberi semangat.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena
itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran,
usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir
kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca,
Terima kasih.
Medan, Februari 2015
iii
ABSTRAK
Penggunaan mesin pendingin bertujuan untuk mengkondisikan dan
menyegarkan udara ruangan (pengkondisian udara). Terdapat mesin pendingin
ruangan jenis lain yang menggunakan listrik dan refrigeran. Mesin pendingin
ruangan yang dibahas adalah mesin pendingin yang dapat menyejukkan ruangan
dengan menggunakan energi surya serta campuran air, garam, dan es sebagai
media pendingin yang ramah lingkungan. Campuran air, garam, dan es dapat
menurunkan titik beku cairan sehingga penyerapan kalor lebih efektif. Panas dari
udara lingkungan dan infiltrasi dalam mesin pendingin ruangan disebut sebagai
beban pendingin. Tujuan dari pengujian mesin pendingin ruangan adalah untuk
mengetahui kemampuan pendinginan mesin pendingin ruangan, mengetahui besar
beban pendingin, dan mengetahui faktor – faktor yang mempengaruhi besarnya
nilai COP. Dalam melakukan analisa pada sebuah mesin pendingin ruangan, maka
diperlukan tahap proses pengujian yang mencakup penentuan waktu dan tempat,
penyiapan alat bahan, pengujian pada mesin pendingin ruangan dan pengambilan
data HOBO, dan perhitungan beban pendingin. Dari hasil pengujian diperoleh
nilai COP rata-rata berkisar antara 1,07 sampai 1,1. Nilai tersebut menyatakan
bahwa mesin pendingin ini dapat menyejukkan ruangan. Nilai COP dipengaruhi
oleh besarnya beban pendingin ruangan yang bergantung pada temperatur
lingkungan, kelembaban udara, dan radiasi intensitas. Semakin besar nilai
temperatur ruangan dan radiasi intensitas serta semakin kecil kelembaban udara
maka nilai COP akan semakin besar.
Kata kunci: mesin pendingin, air, garam, es, beban pendingin, media pendingin,
iv
ABSTRACT
The usage of cooling machine is to condition and cools the air of the room (air conditioning). There are other types of room cooling machine using electric and refrigerant. The room cooling machine that will be discussed is the one which can cool the room using solar energy as well as a mixture of water, salt, and ice as an friendly coolant. The mixture of water, salt, and ice can lower the freezing point of the liquid so that the absorption of heat will be more effective. The heat from ambient air and infiltration in room cooling machine called a cooling load. The purposes to test this room cooling machine are to determine the ability of the cooling, to determine the cooling load and identify the factors that affect the value of COP. In conducting the analysis in this room cooling machine, it is necessary to make some process that includes the time and place, preparation of materials, testing the room cooling machine and HOBO data retrieval, and cooling load calculations. The test results show that the average value of COP starts from 1.07 to 1.1. This value is stated that this cooling machine can cool the room. The value of COP is influenced by the amount of cooling load which depends on ambient temperature, humidity and radiation intensity. The greater values of room temperature and intensity of the radiation as well as the smaller value of humidity will make COP value become greater.
v
2.3.2 Konveksi Bebas Pelat Horizontal ... 11
2.3.3 Konveksi Bebas Pelat Vertikal ... 12
2.4 Radiasi ... 13
2.5 Kecepatan Angin ... 14
2.6 Perkiraan Beban Pendingin ... 15
2.6.1 Defenisi Beban Pendingin ... 15
2.6.2 Jenis Beban Pendingin ... 15
2.6.3 Sumber – Sumber Beban Pendingin ... 15
2.6.4 Panas dari Tubuh Manusia di Dalam Ruangan ... 16
vi
2.6.6 Panas dari Udara Luar (Infiltrasi) ... 18
2.6.7 Beban Pendingin Total ... 20
2.6.8 Nilai COP pada Mesin Pendingin ... 21
2.7 Radiasi Langit Cerah ... 22
BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ... 26
3.1 Diagram Alir Pengujian ... 26
3.2 Waktu dan Tempat Pengujian ... 27
3.3 Penyiapan Alat dan Bahan Pengujian ... 27
3.3.1 Penyiapan Alat ... 27
3.3.2 Penyiapan Bahan ... 29
3.4 Pengujian pada Mesin Pendingin Ruangan dan Pengambilan Data HOBO ... 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33
4.1 Analisa Kecepatan Angin ... 33
4.2 Perhitungan Beban Pendingin Total ... 33
4.2.1 Beban Pendingin dari Lampu ... 33
4.2.2 Beban Pendingin Akibat Infiltrasi ... 34
4.2.3 Beban Pendingin dari Manusia ... 36
4.2.4 Beban Pendingin Akibat Radiasi ... 37
4.2.5 Beban Pendingin Akibat Konveksi dan Konduksi ... 38
4.2.6 Total Beban Pendingin ... 46
4.3 Analisa COP (Coefficient Of Performance) ... 46
4.4 Pengaruh Temperatur Lingkungan, Kelembaban Relatif, dan Intensitas Radiasi terhadap Nilai COP ... 48
4.5 Analisa Radiasi Langit Cerah ... 49
4.6 Analisa Grafik ... 53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 57
5.1 Kesimpulan ... 57
vii
DAFTAR PUSTAKA ... 58
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Partikel – Partikel Zat pada Proses Pemanasan ... 5
Gambar 2.2 Komveksi Alami dalam Air ... 7
Gambar 2.3 Aliran Laminar dan Turbulen ... 9
Gambar 2.4 Bagan Beban Pendingin ... 16
Gambar 2.5 Dinding Berlapis ... 20
Gambar 3.1 Diagaram Alir Pengujian Mesin Pendingin Ruangan ... 26
Gambar 3.2 Gedung Fakultas Teknik Lantai 4 ... 27
Gambar 3.3 Gelas Ukur ... 27
Gambar 3.4 Timbangan Dapur ... 28
Gambar 3.5 Termometer Ruang ... 28
Gambar 3.6 Laptop HP G32 ... 28
Gambar 3.7 Termokopel ... 29
Gambar 3.8 USB Drive ... 29
Gambar 3.9 Mesin Pendingin Ruangan ... 30
Gambar 3.10 Panel Surya ... 30
Gambar 3.11 Charge Controller ... 30
Gambar 3.12 Akumulator ... 31
Gambar 3.13 Skema Pengujian Beban Pendingin ... 32
Gambar 4.1 Grafik Beban Pendingin ... 53
Gambar 4.2 Grafik COP Rata – Rata ... 53
Gambar 4.3 Grafik Temperatur vs Kelembaban Relatif ... 54
Gambar 4.4 Grafik Radiasi Intensitas ... 55
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konduktivitas Thermal Bahan ... 6
Tabel 2.2 Perbedaan Aliran Laminar dan Turbulen ... 9
Tabel 2.3 Sifat Udara pada Tekanan 1 atm ... 10
Tabel 2.4 Tabel Emisivitas ... 14
Tabel 2.5 Nilai SHG dan LHG ... 17
Tabel 2.6 Nilai CLF untuk Manusia ... 17
Tabel 2.7 Nilai CLF untuk Lampu ... 18
Tabel 2.8 Urutan Hari ... 22
Tabel 2.9 Faktor Koreksi berdasarkan Iklim ... 24
Tabel 4.1 Data COP Minimum dan Maksimum per Hari ... 47
Tabel 4.2 Data COP, Temperatur, Kelembaban, dan Radiasi Intensitas Rata – Rata ... 48
Tabel 4.3 Korelasi COP, Temperatur, Kelembaban, dan Radiasi Intensitas Rata – Rata ... 49
x
DAFTAR SIMBOL
Huruf Latin
Simbol Keterangan Satuan
A Luas penampang m2
A Ketinggian dari permukaan laut km
a0 Konstanta faktor koreksi berdasarkan iklim -
a1 Konstanta faktor koreksi berdasarkan iklim -
B Kontanta berdasarkan tanggal -
E Persamaan waktu menit
CLF Cooling Load Factor -
COP Coefficient Of Performance - Fsa Special allowance factor -
Ful Lighting use factor -
Gbeam Radiasi jatuh langsung W/m2
Gdifuse Radiasi pantulan atmosfer W/m2
Gon Radiasi matahari sebelum masuk atmotfer W/m2
Gtot Radiasi langit cerah W/m2
g Gravitasi bumi m/s2
hL Koefisien konveksi W/m2K
k Konduktivitas termal W/mK
k Konstanta faktor koreksi berdasarkan iklim -
L Luas penampang / keliling m
L Panjang lapisan konveksi m
Lloc Posisi bujur 0
Lst Sudut GMT 0
LHG Laten Heat Gain -
L1 Tebal material styrofoam m
xi
N Jumlah manusia Orang
n Urutan hari -
NuL Bilangan Nusselt -
P Daya kipas W
patm Tekanan atmosfer Pa
Pr Bilangan Prandtl -
pw Tekanan parsial uap air Pa
pws Tekanan uap saturasi Pa
Q Laju aliran udara luar yang masuk ke dalam ruangan L/s
Qkond,konv Laju perpindahan panas konduksi dan konveksi W
Qkonv Laju perpindahan konveksi W
Ql Beban laten W
Qpp Beban perpindahan panas W
Qrad Laju perpindahan panas radiasi Watt
Qs Beban sensible W
RaL Bilangan Rayleigh -
ReL Bilangan Reynold -
RH Rasio humiditas relatif -
rk Faktor koreksi berdasarkan iklim -
r0 Faktor koreksi berdasarkan iklim -
ri Faktor koreksi berdasarkan iklim -
xii
v Kecepatan keluaran angin m/s
v Viskositas m2/s
W Daya total lampu W
wi Rasio humiditas mesin pendingin kgair/kgudara
wo Rasio humiditas ruangan kgair/kgudara
Huruf Yunani
Simbol Keterangan Satuan
α Difusivitas panas m2/s
β Sepersuhu rata – rata K-1
μ Standar kebocoran udara -
μ Viskositas Ns/m2
ρ Massa jenis fluida kg/m3
σ Konstanta Stefan Boltzman W/m-2 K-4
ε Emisivitas -
Ø Sudut posisi lintang 0
𝛿 Sudut deklinasi rad
𝜔 Sudut jam matahari 0
𝜃𝑧 Sudut zenith 0
