i
KARAKTERISTIK MESIN PENGKONDISIAN UDARA DENGAN PENGGERAK MULA MOTOR BAKAR
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik
di Program Studi Teknik Mesin
Oleh : Zeluyvenca Avista
NIM : 165214035
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2020
ii
AIR CONDITIONING ENGINE CHARACTERISTIC WITH THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE PRIMER MOVER
FINAL PROJECT
Presented as partial fulfillment of the requirement to obtain the degree of Sarjana Teknik
in Mechanical Engineering Study Program
By :
Zeluyvenca Avista Student ID 165214035
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2020
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi saya 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, 27 Februari 2020 Penulis,
v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLlKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta :
Nama : Zeluyvenca Avista NIM :165214035
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
Karakteristik Mesin Pengkondisian Udara dengan Penggerak Mula Motor Bakar
Beserta perangkat lain yang dibutuhkan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan kedalam bentuk media lain, mengelolanya kedalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikan di internet atau media lainnya untuk kepentingan akademis tanpa meminta izin dari saya ataupun memberikan royalti kepada saya selama masih menyantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Yogyakarta, 27 Februari 2020 Yang menyatakan,
VI
vii
ABSTRAK
Sistem pengkondisian udara untuk mendinginkan udara di dalam ruangan merupakan suatu kebutuhan. Sistem Air Conditioner (AC) yang digunakan pada ruangan menggunakan sumber energi dari listrik. Penginapan di daerah terpencil yang memiliki pesona wisata yang indah tetapi masih kesulitan dalam penyaluran sumber listrik maka diperlukan energi lain sebagai pengganti listrik. Tujuan dari penelitian ini adalah (a) merancang dan merakit mesin pengkondisian udara dengan penggerak mula motor bakar, (b) mengetahui karakteristik mesin pengkondisian udara dengan penggerak mula motor bakar yang meliputi besarnya kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin), besarnya kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), nilai COPactual, COPideal, dan efisiensi, (c) mengetahui kondisi-kondisi udara di dalam sistem pengkondisian udara yang dihasilkan.
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen. Mesin pengkondisian udara yang menggunakan sumber energi dari bahan bakar. Mesin pengkondisian udara mempergunakan motor bakar sebagai penggerak mulanya. Mesin pengkondisian udara mempergunakan siklus kompresi uap. Komponen utama mesin siklus kompresi uap meliputi kompresor, evaporator, kondensor, dan katup ekspansi. Daya motor bakar yang dipergunakan sebesar 5,5 HP. Variasi penelitian dilakukan terhadap tekanan refrigeran saat masuk kompresor, meliputi tekanan P1
= 22 psig dan tekanan P1= 28 psig.
Hasil penelitian menunjukkan: (a) Mesin AC ruangan bertenaga motor bakar dapat dirancang dan dirakit, mesin AC ruangan bertenaga motor bakar juga bekerja dengan baik. (b) Qin sebesar 149,95 kJ/kg, Qout sebesar 191,09 kJ/kg, COPactual sebesar 3,9, COPideal sebesar 4,56, dan efisiensi sebesar 85,53%. (c) Dengan kecepatan putar motor bakar yang sama, pada tekanan rerigeran 22 psig menghasilkan suhu ruangan 17,4°C dan pada tekanan refrigeran 28 psig menghasilkan suhu ruangan 18,2°C.
Kata Kunci : siklus kompresi uap, motor bakar, sistem pengkondisian udara
viii
ABSTRACT
Air conditioning system to cool the air in the room is a necessity that cannot be denied. The air conditioning system used in the room uses an energy source from electricity. In some lodges in remoted areas, which have the enchant of a beautiful tourism but still have difficulties in channeling electricity sources, it is necessary to find another energy source to replace eletricity. The purpose of this research is (a) to design and assemble an air conditioning engine with a combution motor power, (b) to determine the characteristics of an air conditioning engine with a combution motor power which includes the amount of heat released by the condenser per unit mass of refrigerant Qin, Qout, COPactual, COPideal, and efficiency values, (c) to determine the air condition in the air conditioning system that is produced through the engine.
This research was conducted by the experimental method. Air conditioning machines that are used were using energy sources from fuel. The machines use combustion motors as its prime mover and also a vapour compression cycle. This engine component includes compressor, evaporator, condenser, and expansion valve. Combustion motor power used is 5.5 PK.
Research variations were carried out on the refrigerant pressure when entering the compressor, including pressure P1= 22 psig and pressure P1= 28 psig.
From this experiment, the researcher concludes that: (a) the air conditioners powered by combustion engines can be designed and assembled, it also proved that the engine works well. (b) Q is 149.95 kJ / kg, COPactualis 3,9, COPideal4,56and efficiency of 85.53%. (c) with the same rotational speed of the combustion motor, a refrigerant pressure 22 psig produces room temperature 17,4°C and at refrigerant pressure 28 psig produces room temperature 18,2°C.
Keywords : vapour compression cycle, combustion motor, air conditioning system
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan berkat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul “Karakteristik Mesin Pengkondisian Udara dengan Penggerak Mula Motor Bakar“ dengan baik.
Skripsi yang telah diselesaikan penulis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Dalam proses penyelesaian skripsi ini, penulis mendapatkan banyak bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak, karenanya penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Budi Setyahandana,S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
3. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
4. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, yang telah membimbing penulis selama perkuliahan.
6. A. Slamet, S.E. dan Siti Winarni sebagai orang tua saya yang selalu memberi semangat dan dorongan baik materi maupun rohani.
7. Agriva Devaly Avista sebagai kakak saya yang selalu memberi arahan dalam penyelesaian Skripsi ini.
8. Bartominius Tomi, Yosua Yulian Crishnadi, dan Ignatius Viktor Kusuma untuk menjadi teman dalam penyelesaian Skripsi.
9. Tri Yuni Lestari yang telah memberikan dukungan kepada penulis dalam penelitian hingga selesainya penulisan Skripsi ini.
10. Teman-teman kuliah yang memberikan dukungan dan semangat kepada penulis.
rnernberikan bantuan dalarn penyelesaian Skripsi ini.
Penulis rnenyadari bahwa Skripsi ini belurn sernpurna. Oleh sebab itu, penulis rnengharapkan rnasukan dan saran yang rnernbangun. Penulis berharap sernoga Skripsi ini dapat berrnanfaat bagi pernbaca.
Yogyakarta, 27 Februari 2020
Penulis
x
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL... i
TITLE PAGE... ii
LEMBAR PERSETUJUAN... iii
LEMBAR PENGESAHAN... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v
LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... vi
ABSTRAK... vii
ABSTRACT……… viii
KATA PENGANTAR... ix
DAFTAR ISI... xi
DAFTAR TABEL………. xv
DAFTAR GAMBAR... xvi
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1. Latar Belakang... 1
1.2. Rumusan Masalah... 2
1.3.Tujuan Penelitian... 2
1.4. Batasan Masalah………... 3
xii
1.5. Manfaat Penelitian... 3
1.6. Luaran Penelitian………. 4
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA... 5
2.1. Dasar Teori... 5
2.1.1. Komponen Sistem Pendingin Ruangan... 7
a. Kompresor... 7
b. Kondensor... 8
c. Katup Ekspansi... 9
d. Evaporator... 10
e. Refrigeran………. 11
a. Baterai... 12
b. Filter Receiver Dryer... 13
c. Kabel Penghubung………... 14
d. Kopling Magnet... 14
2.1.2. Prinsip Kerja Pendingin Ruangan... 15
2.1.3. Siklus Kompresi Uap………. 16
2.1.4. Rumus-rumus Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin.. 20
2.1.5. Sistem Kelistrikan AC Ruangan Bertenaga Motor Bakar…. 25
xiii
2.1.6. Psychrometric Chart………... 26
2.1.7. Komponen untuk Indentifikasi Sifat Termodinamika Udara .. 27
2.1.8. Proses-proses pada Psychrometric Chart ……… 29
2.1.9. Proses Pengkondisian Udara AC Ruangan dalam Psychrometric Chart ……….. 33
2.2. Tinjauan Pustaka ... 34
BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METEOLOGI PENELITIAN.... 38
3.1. Pembuatan Alat ... 38
3.1.1. Komponen Mesin AC Ruangan Bertenaga Motor Bakar….... 38
3.1.2. Peralatan Pendukung……… 43
3.2. Metodologi Penelitian………... 47
3.2.1. Mesin yang digunakan dalam Penelitian……… 47
3.2.2. Alur Penelitian ………... 49
3.2.3. Variasi yang digunakan dalam Penelitian………... 50
3.2.4. Alat Bantu Penelitian……….. 50
3.2.5. Prosedur Pengambilan Data………... 53
3.2.6. Cara Mendapatkan Suhu danTekanan……… 54
3.2.7. Cara Mengolah Data………... 54
xiv
3.2.8. Cara Mendapatkan Kesimpulan………. 55
BAB IV PEMBAHASAN... 56
4.1. Data Hasil Pencobaan ... 56
4.2. Perhitungan dan Pengolahan Data... 58
4.3. Hasil Perhitungan... 64
4.4. Pembahasan... 65
BAB V KESIMPULAN... 71
5.1. Kesimpulan... 71
5.2. Saran... 72
DAFTAR PUSTAKA... 73
LAMPIRAN... 74
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel untuk hasil pengukuran T1, T3, P1, P2, V, dan I ... 54
Tabel 4.1 Hasil pengukuran untuk tekanan P1= 22 psig ……….. 56
Tabel 4.2 Hasil pengukuran untuk tekanan P1= 28 psig ……….. 57
Tabel 4.3 Hasil perhitungan karakteristik AC ruangan bertenaga motor bakar 65 Tabel 4.4 Perbandingan kerja kompresor persatuan massa refrigeran…….. 65
Tabel 4.5 Perbandingan kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor ..……….. 66
Tabel 4.6 Perbandingan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator …....………..……….. 66
Tabel 4.7 Perbandingan performance (unjuk kerja) ……….... 67
Tabel 4.8 Perbandingan performance ideal………... 67
Tabel 4.9 Perbandingan efisiensi ………. 68
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skematik rangkaian utama mesin AC ruangan dengan pengerak
mula motor bakar... 6
Gambar 2.2 Kompresor………. 8
Gambar 2.3 Kondensor……… 9
Gambar 2.4 Katup Ekspansi……….. 10
Gambar 2.5 Evaporator ……… 11
Gambar 2.6 Tabung Berisi Refrigeran ………. 12
Gambar 2.7 Baterai ACCU ……….. 13
Gambar 2.8 Filter Receiver Dryer ………... 14
Gambar 2.9 Kabel Penghubung... 14
Gambar 2.10 Kopling Magnet ... 15
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Pendingin Ruangan dengan Penggerak Mula Motor Bakar... 6
Gambar 2.12 Skema Rangkaian Komponen Mesin Kompresi Uap AC … 17 Gambar 2.13 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s dan Diagram P-h dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut ………. 18
Gambar 2.14 P-h Diagram untuk R134a ……… 24
Gambar 2.15 Rangkaian Kelistrikan AC ………... 25
Gambar 2.16 Psychromeric Chart ………. 27
Gambar 2.17 Proses Pemanasan ……… 30
Gambar 2.18 Proses Pendinginan ………... 30
xvii
Gambar 2.19 Proses Pelembaban ……….. 31
Gambar 2.20 Proses Penurunan Kelembapan ……… 31
Gambar 2.21 Proses Pemanasandan Pelembapan ………. 32
Gambar 2.22 Proses Pemanasan dan Penurunan Kelembapan ………….. 32
Gambar 2.23 Proses Pendinginan dan Pelembapan……… 33
Gambar 2.24 Pendinginan dan Penurunan Kelembapan ……… 33
Gambar 2.25 Proses Pengkondisian Udara Mesin AC Ruangan Bertenaga Motor Bakar dalam Psychrometric Chart ……… 34
Gambar 3.1 Kompresor……….………... 38
Gambar 3.2 Kondensor Pipa Bersirip... 39
Gambar 3.3 Evaporator Pipa Bersirip... 39
Gambar 3.4 Katup Ekspansi... 40
Gambar 3.5 Receiver Dryer... 40
Gambar 3.6 RefigeranR-134a ... 41
Gambar 3.7 Altenator... 42
Gambar 3.8 Motor bakar... 42
Gambar 3.9 Baterai ………. 43
Gambar 3.10 Kipas Kondensor... 43
Gambar 3.11 Kipas Evaporator ... 44
Gambar 3.12 Styrofoam... 45
Gambar 3.13 Plat Besi ... 45
Gambar 3.14 Pipa Paralon ……... 45
xviii
Gambar 3.15 Acyrlic Lembaran... 46
Gambar 3.16 Bor Listrik... 46
Gambar 3.17 Meteran ……….... 47
Gambar 3.18 Gerinda ………..……….. 47
Gambar 3.19 Skematik Mesin Pengkondisian Udara untuk Ruangan dengan Penggerak Mula Motor Bakar ………. 48
Gambar 3.20 Alur Penelitian... 49
Gambar 3.21 Manifold Gauge... 50
Gambar 3.22 Termokopel... 51
Gambar 3.23 Stopwatch... 51
Gambar 3.24 Multimeter... 52
Gambar 3.25 Diagram p-h Untuk Mengetahui Entalpi dan Suhu Kerja Tc dan Te……… 52
Gambar 3.26 Skematik Posisi Alat Ukur pada AC ………... 53
Gambar 4.1 Siklus kompresi uap pada diagram P-h R134a dari Tabel 4.1 58
Gambar 4.2 Siklus kompresi uap pada diagram P-h R134a dari Tabel 4.3 62 Gambar 4.3 Perbandingan waktu dengan suhu pada ruangan dan lingkungan pada tekanan refrigeran 22 psig………... 69
Gambar 4.4 Perbandingan waktu dengan suhu pada ruangan dan lingkungan pada tekanan refrigeran 28 psig………... 69
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Suhu yang baik di dalam ruang bangunan dibutuhkan tubuh agar dapat beraktifitas dengan baik. Szokolay (1980) dalam ‘Manual of Tropical Housing and Building’ menyebutkan kenyamanan sangat bergantung pada variabel iklim,
seperti radiasi akibat paparan matahari, suhu udara, kelembapan udara, dan juga kecepatan angin di sekitar bangunan. Meningkatnya suhu bumi akibat pemanasan global mengakibatkan kecenderungan manusia berbagai negara untuk menciptakan rekayasa pengkondisian udara guna memperoleh temperatur nyaman dalam ruangan.
Pengkondisian udara adalah suatu proses pengkondisian atau pengaturan kondisi udara sehingga didapatkan temperatur, kelembaban, kecepatan, dan kebersihan yang sesuai dengan persyaratan kondisi udara suatu ruangan.
Persyaratan sifat-sifat udara segar diletakkan sesuai dengan penggunaan ruangan misalnya untuk kantor, hotel, gedung pertemuan, rumah sakit, gedung bioskop, dan lain sebagainya. Kebanyakan unit pengkondisian udara digunakan untuk kenyamanan, yaitu untuk menciptakan kondisi udara yang nyaman bagi orang yang berada dalam ruangan. Di daerah yang beriklim panas, sistem pendinginan menciptakan suasana kerja yang nyaman dibandingkan dengan tidak menggunakanya.
Sistem pengkondisian udara berupa AC untuk ruangan pada umumnya menggunakan sumber energi dari listrik. Pada penginapan daerah wisata alam,
kebanyakan mengalami kesulitan dalam penyaluran energi listrik. Hal ini membuat penginapan untuk wisatawan kurang nyaman. Padahal, AC untuk ruangan merupakan suatu kebutuhan. Untuk itu perlu alternatif lain sebagai pengganti listrik sebagai sunber energi AC ruangan. Dengan demikian pengujian dilakukan dengan alternatif menggunakan AC dengan daya motor bakar yang diaplikasikan pada ruangan. Saat motor bakar bergerak maka energi kinetik diubah menjadi energi listrik dengan sistem transmisi belt dan puli. Kecepatan putar yang dihasilkan pada motor bakar dapat diatur sedemikian rupa pada rpm untuk memenuhi daya yang dibutuhkan.
Dengan adanya permasalahan di atas, maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang sistem pengkondisian udara yang bekerja dengan penggerak mula dari motor bakar.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dinyatakan sebagai berikut :
a. Bagaimanakah merancang dan merakit sistem pengkondisian udara dengan penggerak mula motor bakar?
b. Bagaimanakah karakteristik mesin pengkondisian udara dengan penggerak mula motor bakar?
c. Bagaimanakah kondisi udara yang dihasilkan di ruangan yang di dinginkan tersebut?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari perancangan sistem pengkondisian udara (AC) ini adalah sebagai berikut :
a. Merancang dan merakit sistem pengkondisian udara dengan penggerak mula motor bakar.
b. Mengetahui karakteristik mesin pengkondisian udara dengan penggerak mula motor bakar tersebut, yang meliputi :
1. Besarnya kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
2. Besarnya kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) 3. Besarnya kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) 4. Nilai COPactual, COPideal, dan efisiensi.
c. Mengetahui hasil dari kondisi-kondisi udara di dalam ruangan yang di dinginkan.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan peralatan penelitian ini adalah :
a. Mesin pengkondisian udara yang dipergunakan mempergunakan sumber energi dari bahan bakar.
b. Mesin pengkondisian udara bekerja mempergunakan siklus kompresi uap.
c. Komponen utama mesin siklus kompresi uap meliputi kompresor, evaporator, kondensor, dan katup ekspansi.
d. Daya motor bakar yang dipergunakan sebesar 5,5 HP.
e. Refrigeran yang dipergunakan pada siklus kompresi uap adalah R134a.
f. Komponen utama yang dipergunakan merupakan komponen standar yang didapat di pasaran.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Menambah ilmu pengetahuan tentang sistem pengkondisian udara dengan penggerak mula motor bakar yang dapat ditempatkan di perpustakaan atau dipublikasikan pada kalayak ramai.
b. Dapat digunakan untuk acuan bagi para peneliti lain yang melakukan penelitian sejenis.
1.6 Luaran Penelitian
Luaran dari penelitan ini berupa teknologi tepat guna yang dapat digunakan untuk mengkondisikan udara pada ruangan dengan sumber energi motor bakar.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
Air conditioner atau yang biasa disebut AC merupakan sebuah alat yang mampu mengkondisikan udara. Dengan kata lain, AC berfungsi sebagai penyejuk udara. Penggunaan AC dimaksudkan untuk memperoleh udara yang dingin dan sejuk serta nyaman bagi tubuh manusia. Suhu udara yang nyaman untuk AC sekitar 25°C dengan kelembaban udara sekitar 60%. AC lebih banyak digunakan di wilayah yang beriklim tropis dengan kondisi temperatur udara yang relatif tinggi seperti di Indonesia. Beragam jenis AC yang diaplikasikan ke dalam ruangan memiliki beragam jenis dan bentuk.
AC yang biasa digunakan untuk ruangan bersumber dari energi listrik. Hal ini menjadi masalah jika terdapat suatu daerah yang memiliki jalur yang susah untuk disaluri listrik atau berada di daerah yang terpencil seperti pulau namun memiliki potensi wisata yang tinggi. Pada penginapan untuk wisatawan akan kurang nyaman jika tidak ada AC untuk mengkondisikan udara di dalam ruangan. Hal ini juga akan mempengaruhi ramai-tidaknya penginapan tersebut. Dengan demikian perlunya suatu terobosan pengganti listrik sebagai sumber energi AC. Penelitian ini dilakukan untuk menerapkan sistem AC dengan penggerak mula motor bakar yang diberlakukan pada ruangan. Gambar 2.1 menunjukkan skematik rangkaian utama mesin AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar.
Gambar 2.1 Skematik Rangkaian Mesin AC Ruangan
(Sumber:http://www.servisacmobil.com/2011/09/skema-dan-cara-kerja-ac-mobil.html)
AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar bekerja dengan sistem kompresi uap dengan menggunakan refrigeran sebagai fluida kerjanya. Jenis refrigeran yang digunakan AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar yaitu R134a. Refrigeran ini pada umumnya mempunyai sifat yang ramah lingkungan. Hal ini sesuai diterapkan pada AC ruangan untuk daerah wisata alam. Dengan sifat refrigeran yang ramah lingkungan tidak akan merusak daerah wisata alam tersebut.
Siklus kompersi uap AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar ini terdiri dari komponen-komponen berupa kompresor, kondensor, filter dryer, katup ekspansi, evaporator, fan, dan kopling magnet. Pada AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar yang diterapkan pada ruangan, menyebabkan keperluan energi listrik tidak dibutuhkan untuk mengoprasikan AC tersebut karena digantikan dengan bahan
bakar. Hal ini dapat menjadi jawaban untuk penginapan pada daerah wisata yang keterbatasan sumber energi listrik. Wisatawan tetap akan merasakan kenyamanan dan kesejukan pada ruangan dengan adanya AC yang bersumber energi dari motor bakar.
2.1.1 Komponen Sistem Pendingin Ruangan
Sistem pendingin terdiri dari beberapa komponen yang masing-masing dihubungkan dengan menggunakan pipa-pipa tembaga atau selang pada akhirnya merupakan sebuah sistem yang bekerja secara serempak (simultan).
Komponen-komponen sistem pendingin yang digunakan adalah sebagai berikut :
a. Kompresor
Kompresor merupakan jantung dari sistem pendingin ruangan dan refrigerasi.
Sebagaimana jantung pada tubuh manusia yang memompa darah keseluruh tubuh.
Kompresor menekan bahan pendingin ke semua bagian dari sistem. Pada sistem pendingin, kompresor bekerja membuat perbedaan tekanan, sehingga bahan pendingin dapat mengalir dari satu bagian ke bagian lain dari sistem. Karena adanya perbedaan tekanan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah, maka bahan pendingin cair dapat mengalir melalui alat pengatur bahan pendingin (pipa kapiler) ke evaporator. Adapun fungsi dari kompresor adalah :
1. Mensirkulasi bahan pendingin (refrigeran).
2. Mempertinggi tekanan agar bahan pendingin (refrigeran) dapat berkondensasi pada kondisi ruangan.
3. Mempertahankan tekanan yang konstan pada evaporator.
4. Untuk menghisap gas tekanan rendah dan suhu rendah dari evaporator kemudian menekan gas tesebut, sehingga menjadi gas dengan tekanan dan suhu tinggi lalu dialirkan ke kondensor.
5. Menciptakan perbedaan antara daerah sisi tekanan tinggi dan daerah sisi tekanan rendah.
Pada kompresor kemampuan yang dihasilkan dinyatakan dalam daya kuda disebut dengan horse power (HP). Adapun efisiensi energi yang dihasilkan kompresor, sebanding dengan kapasitas pendingin dan daya kompresor atau disebut Energi Efficienscy Ratio (EER). Gambar 2.2 menyajikan salah satu jenis kompresor yang dapat dipergunakan dengan penggerak mula motor bakar.
Gambar 2.2 Kompresor
(Sumber : https://http://doktermobil.com/cara-memeriksa-kompresor-ac-mobil/)
b. Kondensor
Kondensor sebagai alat penukar kalor yang berfungsi memindahkan kalor dari refrigeran ke udara lingkungan dengan bantuan ekstra fan. Kontruksi kondensor sama dengan kontruksi radiator, terdiri dari susunan pipa persegi dan sirip – sirip yang berfungsi untuk memperbesar laju perpindahan kalor.
Kondensor dibagi tiga macam tergantung dari medium yang mendinginkannya:
1. Kondensor dengan pendingin udara (air cooled) 2. Kondensor dengan pendingin air (water cooled)
3. Kondensor dengan pendingin campuran udara dan air (evaporative).
Kondensor dengan pendingin udara biasanya dibuat oleh pabrik agar suhu kondensasinya berkisar antara 45-60°C di atas suhu udara sekitar. Gambar 2.3 menyajikan contoh dari gambar kondensor.
Gambar 2.3 Kondensor
(Sumber : https://www.blibli.com/p/kr-sirip-halus-kondensor-ac-2-in-1)
c. Katup Ekspansi
Katup ekspansi berfungsi untuk menurunkan tekanan dan temperatur refrigeran, sehingga timbul efek dingin pada evaporator. Ada 2 jenis katup ekspansi yang biasa digunakan dalam sistem AC mobil, yaitu katup ekspansi jenis termostatik dan katup ekspansi jenis pipa orifice. Gambar 2.4 menyajikan contoh dari gambar katup ekspansi jenis pipa orifice yang digunakan pada penelitian ini.
Gambar 2.4 Katup Ekspansi Jenis Pipa Orifice
(Sumber :https://acmobilbagussurabaya.files.wordpress.com/2017/01/expansion- valve-ac- mobil-kapiler.jpg?w=640)
b. Evaporator
Evaporator adalah alat penyerap panas dari udara atau benda dan mendinginkan media sekitarnya. Penyerapan kalor ini menyebabkan refrigeran mendidih dan berubah wujud dari cair menjadi uap (kalor/panas laten). Panas yang dipindahkan berupa :
1. Panas sensibel (perubahan temperatur) temperatur refrigeran yang memasuki evaporator dari katup ekspansi harus demikian sampai temperatur jenuh penguapan (evaporator saturation temparature). Setelah terjadi penguapan, temperatur uap yang meninggalkan evaporator harus juga dinaikkan untuk mendapatkan kondisi uap panas lanjut (super-heated vapor).
2. Panas laten (perubahan wujud) Perpindahan panas terjadi penguapan refrigeran.
Untuk terjadinya perubahan wujud, diperlukan panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut adalah dari cair menjadi uap atau menguap (evaporasi). Refrigeran akan menyerap panas dari ruang sekelilingnya. Adanya
proses perpindahan panas pada evaporator dapat menyebabkan perubahan wujud dari cair menjadi uap.
Kapasitas evaporator adalah kemampuan evaporator untuk menyerap panas dalam periode waktu tertentu dan sangat ditentukan oleh perbedaan temperatur evaporator (evaporator temperature difference). Perbedaan tempertur evaporator adalah perbedaan antara temperatur jenis evaporator (evaporator saturation temperature) dengan temperatur substansi/ benda yang didinginkan. Gambar 2.5 menyajikan contoh dari gambar evaporator.
Gambar 2.5 Evaporator (Sumber :https:sh-venttech.com) c. Refrigeran
Refrigeran adalah zat pembawa kalor selama sirkulasinya dan akan menyerap kalor pada tekanan dan suhu yang rendah pada evaporator dan kemudian dimanfaatkan oleh kompresor menjadi tekanan dan suhu tinggi untuk selanjutnya melalui kondensor akan dibuang panasnya dan tekanannya diturunkan. Banyak zat yang digunakan sebagai refrigeran antara lain Ammonia, Metyl chloride, R600, R32,
R410, R-134a dan lain-lain. Pemilihan refrigeran untuk saat ini berdasarkan sifat yang ramah terhadap lingkungan, tidak merusak lapisan ozon, umur hidupnya di udara pendek dan tidak menyebabkan pemanasan global. Gambar 2.6 menyajikan contoh dari gambar tabung berisi refrigeran.
Gambar 2.6 Tabung Berisi Refrigeran
(Sumber :https://rotarybintaro.co.id/product/freon-r134-klea-tabung-murni/) Sifat-sifat yang dikehendaki dari suatu refrigeran :
a. Kalor laten penguapan harus tinggi.
b. Tekanan pengembunannya rendah, sebab refrigeran dengan tekanan kondensasi tinggi memerlukan kompresor yang besar.
c. Tekanan penguapannya lebih tinggi dari tekanan atmosfir, sehingga bila terjadi kebocoran udara luar tidak dapat masuk ke dalam sistem.
d. Stabil, tidak bereaksi dengan material yang digunakan, tidak korosif.
e. Tidak beracun dan berbau.
f. Tidak mudah terbakar dan meledak.
g. Mudah didapat dan harganya murah.
Komponen tambahan pada mesin AC ruangan bertenaga motor bakar meliputi baterai, extra fan, filter receiver dryer, kabel penghubung dan kopling magnet.
a. Baterai
Baterai pada AC ruangan bertenaga motor bakar berfungsi untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Baterai sendiri dalam sistem kelistrikan khususnya kelistrikan AC berfungsi sebagai pensuplai energi listrik pada saat sistem AC beroperasi yang berupa kipas pada kondensor dan evaporator. Gambar 2.7 menyajikan contoh dari gambar baterai ACCU.
Gambar 2.7 Baterai ACCU
(Sumber :https://www.blibli.com/jual/accu-gs-ns70)
b. Filter Receiver Dryer
Fungsi dari filter receiver dryer adalah untuk menyaring refrigeran dari kotoran yang dapat menghambat sirkulasi refrigeran pada mesin siklus kompresi uap dengan penggerak mula motor bakar. Komponen pada filter receiver dryer yang bertugas untuk menyaring kotoran adalah filter. Selain terdapat filter, filter receiver dryer juga terdapat desicant. Desicant inilah yang berguna untuk memisahkan uap air dari refrigeran. Uap air harus dihilangkan dari refrigeran karena nantinya dapat membeku dan mengambat sirkulasi refrigeran, sehingga AC ruangan dengan
penggerak mula motor bakar tidak dingin. Gambar 2.8 menyajikan contoh dari gambar filter receiver dryer. Filter receiver dryer ditempatkan sebelah katup ekspansi, agar ketika masuk ke katup ekspansi kondisi refrigeran sudah benar-benar bersih.
Gambar 2.8 Filter Receiver Dryer
(Sumber :https://www.bisaotomotif.com/2015/11/fungsi-dan-kontruksi-receiver-dryer-.html)
c. Kabel Penghubung
Kabel pada rangkaian sistem AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar berfungsi untuk menghubungkan komponen kelistrikan AC dengan sumber daya dan komponen yang lainnya. Gambar 2.9 menyajikan contoh dari gambar kabel penghubung.
Gambar 2.9 Kabel Penghubung
(Sumber :https://otomania.gridoto.com/read/241183070)
d. Kopling Magnet
Kopling mangnet ini berfungsi untuk memutus dan menghubungkan poros kompresor dengan poros penggeraknya. Pada saat mesin AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar bekerja, pully berputar karena terhubung oleh motor bakar dengan belt yang terhubung. Pada saat ini kompresor belum bekerja. Ketika AC dihidupkan, ACCU memberikan arus listrik ke koil stator sehingga timbul medan elektromagnet yang akan menarik pressure plate dan menekan permukaan pully. Hal ini mengakibatkan pressure plate berputar mengikuti putaran pully sehingga kompresor akan berputar. Kopling magnet memiliki tiga bagian utama sebagai berikut :
a. Stator
Stator merupakan gulungan magnet yang terpasang pada rumah kompresor.
b. Rotor
Rotor merupakan bagian yang berputar yang terhubung dengan poros mesin melalui belt. Diantara permukaan bagian dalam dari rotor dan front housing dari kompresor terpasang bantalan. Gambar 2.10 menyajikan contoh dari gambar kopling magnet.
Gambar 2.10 Kopling Magnet
(Sumber :https://www.bisaotomotif.com/2015/10/cara-kerja-kopling-magnet-pada.html)
2.1.2 Prinsip Kerja Pendingin Ruangan
Kompresor AC yang ada pada sistem pendingin digunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida (refrigeran), jadi refrigeran yang masuk ke dalam kompresor AC dialirkan ke kondensor yang kemudian dimampatkan di kondensor. Di bagian kondensor ini refrigeran yang dimampatkan akan berubah dari fase uap menjadi fase cair, maka refrigeran mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigeran. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondensor adalah jumlah dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evporator dari substansi yang akan didinginkan.
Pada kondensor tekanan refrigeran yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigeran yang berada pada pipa-pipa evaporator. Prinsip pendinginan udara pada AC melibatkan siklus refrigerasi, yakni udara didinginkan oleh refrigeran/pendingin (freon), lalu freon ditekan menggunakan kompresor sampai tekanan tertentu dan suhunya naik, kemudian didinginkan oleh udara lingkungan sehingga mencair. Proses tersebut berjalan berulang-ulang sehingga menjadi suatu siklus yang disebut siklus pendinginan pada udara yang berfungsi mengambil kalor dari udara dan membebaskan kalor ini ke luar ruangan. Prinsip kerja mesin pendingin ruangan dengan penggerak mula motor bakar ditunjukkan pada Gambar 2.1.
2.1.3 Siklus Kompresi Uap
AC ruangan dengan sumber energi motor bakar seperti pada mesin refrigeran pada umumnya yang menggunakan siklus kompresi uap. Proses yang terjadi pada
siklus kompresi uap adalah refrigeran menyerap kalor dari lingkungan yang dipergunakan untuk menguapkan refrigeran sehingga refrigeran berubah menjadi gas.
Refrigeran yang berubah fase menjadi gas dikompresikan oleh kompresor menuju kondensor. Di dalam kondensor refrigeran mengalami proses kondensasi. Refrigeran membuang kalor ke lingkungan sehingga refrigeran berubah fase dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh yang disertai penurunan suhu, dari gas jenuh ke cair jenuh dan dari cair jenuh ke cair lanjut. Kemudian refrigeran menuju ke katup ekspansi, katup ekspansi berfungsi menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk ke evaporator.
Selain menurunkan tekanan, katup ekspansi juga merubah fase dari cair jenuh menjadi campuran cair dan gas, sehingga pada saat refrigeran masuk ke dalam evaporator sudah dalam bentuk campuran cair dan gas. Di evaporator terjadi perubahan fase dari campuran cair dan gas menjadi gas panas lanjut yang disertai peningkatan suhu sebelum dihisap kembali oleh kompresor. Proses ini akan berlangsung secara berulang- ulang.
Gambar 2.11 Skema Rangkaian Komponen Mesin Kompresi Uap AC
Gambar 2.12 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s dan Diagram P-h dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut
Proses dari kompresi uap tersusun ada beberapa proses. (a) proses kompresi (b) proses desuperheating (c) proses kondensasi (d) proses pendinginan lanjut (sub cooling) (e) proses ekspansi (f) proses penguapan (g) proses pemanasan lanjut (super heating).
a. Proses (1-2) Proses Kompresi
Proses ini dilakukan oleh kompresor secara isentropik adiabatik. Dalam proses ini diperlukan tenaga dari luar untuk menggerakkan kompresor (Win). Kondisi awal refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap panas lanjut bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap panas lanjut bertekanan dan bersuhu tinggi. Karena proses ini berlangsung secara insentropik (iso entropi atau entropi tetap), maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat.
b. Proses (2-2a) Proses Penurunan Suhu Gas Panas Lanjut (desuperheating)
Proses desuperheating ini adalah proses penurunan suhu dari gas panas lanjut ke gas jenuh. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap. Pada saat proses, kalor dari refrigeran dibuang keluar sehingga suhu turun. Perpindahan kalor yang terjadi karena suhu refrigeran lebih tinggi dibanding dengan suhu udara di sekitar kondensor.
c. Proses (2a-3a) Proses Pengembunan (kondensasi)
Proses ini terjadi secara langsung pada kondensor. Refrigeran bertemperatur tinggi masuk dalam kondensor untuk melepaskan kalor karena suhu refrigeran yang lebih tinggi dari pada suhu lingkungan sekitar. Dalam proses ini terjadi perubahan fase refrigeran yaitu dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi penukaran kalor terhadap refrigeran dengan lingkungannya. Proses berlangsung pada suhu dan tekanan yang tetap.
d. Proses (3a-3) Proses Pendinginan Lanjut (sub cooling)
Pada proses pendinginan lanjut ini terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan lanjut membuat refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar dalam keadaan cair. Hal ini memudahkan refrigeran masuk ke katup ekspansi proses sub cooling juga mampu meningkatkan COP.
e. Proses (3-4) Proses Penurunan Tekanan
Proses penurunan tekanan ini berlangsung di katup ekspansi. Pada proses ini tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan temperatur.
Katup ekspansi ini selain berfungsi sebagai pernurun tekanan dan suhu, berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran. Pada proses ini, refrigeran mengalami
perubahan fase dari fase cari menjadi campuran cair dan gas.
f. Proses (4-1a) Proses Pendidihan atau Penguapan (evaporative)
Proses pendidihan ini berlangsung secara isobar isotermal (tekanan konstan, temperatur konstan) didalam evaporator. Kalor dari lingkungan akan diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fase dari campuran cair dan gas menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator dalam fase campuran cair dan gas. Proses pendidihan berlangsung pada tekan konstan, dan suhu konstan.
g. Proses (1a-1) adalah superheating atau pemanasan lanjut
Proses pemanasan lanjut terjadi kenaikan suhu. Proses berlangsung pada tekanan konstan. Dengan adanya proses pemanasan lanjut, refrigeran akan masuk ke kompresor dalam keadaan gas panas lanjut. Hal ini membuat kompresor bekerja lebih ringan dan aman. Proses ini juga mampu menaikkan COP.
2.1.4 Rumus-rumus Perhitungan Karakteristik untuk Mesin Pendingin
Dalam analisa unjuk kerja unjuk kerja mesin siklus kompresi uap AC ruangan bertenaga motor bakar yang meliputi : kerja kompresor, kondensor, kalor yang dilepas kondensor dalam persatuan massa refrigeran, kalor yang diserap evaporator dalam persatuan massa refrigeran, COPactual, COPideal,efisiensi dan laju aliran massa dihitung dengan mempergunakan persamaan - persamaan dimana data diperoleh dari p-h diagram. Persamaan perhitungan sebagai berikut :
a. Kerja kompresor (Win)
Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.1)
Win= h2– h1 (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Win : besarnya kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg) h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg) b. Kalor yang dilepas kondensor (Qout)
Besar kalor per satuan massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor dapat dihitung dengan Persamaan (2.2)
Qout= h2– h3 (2.2)
Pada Persamaan (2.2) :
Qout: besarnya kalor yang dilepas di kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg) h2 : entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
h3 : entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) c. Kalor yang diserap evaporator (Qin)
Besarnya kalor yang diserap evaporator dihitung dengan Persamaan (2.3)
Qin = h1– h4 (2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
Qin : besarnya kalor yang diserap di evaporator (kJ/kg) h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg) h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg) d. Actual Coefficient of Peformance (COPaktual)
COPaktual adalah COP yang sebenarnya dilakukan oleh mesin yang berarti energi yang diserap di evaporator dibandingkan dengan konsumsi energi yang dibutuhkan kompresor, dapat hitung dengan menggunakan Persamaan (2.4)
COPaktual = (h1– h4) / (h2– h1) (2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
COPaktual : koefisien prestasi aktual dari mesin siklus kompresi uap AC ruangan h1 : Enthalpi refrigeran masuk kompresor (kJ/kg)
h2 : Enthalpi refrigeran keluar kompresor (kJ/kg) h4 : Enthalpi refrigeran masuk evaporator (kJ/kg) e. Ideal Coefficient of Performance (COPideal)
Perhitungan COPideal dapat dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.5).
COPideal merupakan koefisien prestasi maksimum yang dapat dicapai mesin siklus
kompresi uap dari AC yang bekerja dengan kondisi kerja yang sama.
COPideal= − (2.5)
Pada Persamaan (2.5) :
COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin AC ruangan Te : suhu mutlak evaporator (K)
Tc : suhu mutlak kondensor (K)
f. Efisiensi mesin siklus kompresi uap dari AC ruangan
Besarnya efisiensi mesin siklus kompresi uap dari AC ruangan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6)
Efisiensi = (COPactual: COPideal) × 100% (2.6)
Pada Persamaan (2.6) :
COPactual : koefisien prestasi mesin siklus kompresi uap dari AC ruangan aktual COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin siklus kompresi uap dari AC ruangan
Nilai entalpi dari setiap proses yang bekerja dalam siklus kompresi uap dapat diketahui dari p-h diagram. Pada penelitian ini menggunakan p-h diagram untuk jenis R134a. Untuk diagram tekanan entalpi pada jenis refrigeran 134a disajikan pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 P-h Diagram untuk R134a (Sumber : Aplikasi CoolPack)
2.1.5 Sistem Kelistrikan pada AC Ruangan Bertenaga Motor Bakar
Pada sistem AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar menggunakan sistem kelistrikan yang tujuannya untuk mempermudah kerja komponen. Komponen sistem AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar menggunakan sistem kelistrikan sebagai sistem pembantu untuk mengalirkan arus listrik dari komponen satu ke komponen yang lainnya. Gambar 2.15 merupakan
Gambar 2.15 Rangkaian Kelistrikan AC Ruangan Bertenaga Motor Bakar
Bagian sistem kelistrikan AC ruangan meliputi : a. Saklar
Saklar berfungsi untuk menghidupkan sistem pengkondisian udara. Dalam saklar terdapat tiga posisi yaitu 1, 2, dan 3. Sebagai urutan pilihan kecepatan pendinginan atau banyaknya udara yang dihisap dari ruangan dan udara dingin yang dikeluarkan dalam evaporator.
b. Saklar Temperatur
Saklar temperatur menghidupkan atau mengaktifkan thermostat (pengatur suhu ruangan). Aliran listrik didapat setelah saklar blower aktif.
c. Relay
Relay berfungsi sebagai saklar elektronik yang menghubungkan sumber arus dari adaptor untuk disalurkan ke kopling magnet aktif dalam kompresor. Pemasangan Realy bertujuan supaya kerja untuk menghidupkan kopling magnet tidak terlalu berat.
d. Resistor
Resistor berfungsi sebagai penghambat untuk membatasi aliran listrik yang mengalir dalam rangkaian.
2.1.6 Psychrometric Chart
Psychrometric chart merupakan tampilan secara grafikal thermodinamik udara yaitu suhu, kelembaban, entalpi, kandungan uap air, dan volume spesifik.
Dalam Psychrometric chart ini dapat langsung diketahui hubungan antara berbagai parameter udara secara cepat dan presisi. Untuk mengetahui nilai dari properti- properti (Tdb, Twb, Tdp, W, RH, H, SpV) bisa dilakukan apabila minimal dua buah parameter tersebut sudah diketahui. Contoh gambar dari Psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.16 :
Gambar 2.16 Psychrometric Chart
Sumber :https://brittneytaylorbeauty.com/psychrometric-chart-pdf
2.1.7 Komponen-Komponen untuk Indentifikasi Sifat Termodinamika Udara
Terdapat beberapa komponen yang digunakan untuk identifikasi sifat termodinamika udara. Komponen inilah yang menjadi dasar untuk mempelajari psikometri (Widodo dan Syamsuri, 2008).
a. Temperatur Bola Kering (Dry Bulb Temperature, Tdb)
Temperatur bola kering (DB) merupakan temperatur yang diukur dan dibaca melalui skala termometer sensor kering dan terbuka. Temperatur DB dibaca dalamoF, atauoC, (oR atau K), namun temperatur yang dibaca ini tidak tepat karena pengaruh
radiasi panas. Suhu DB ini merupakan ukuran panas sensibel. Perubahan suhu DB menunjukkan adanya perubahan panas sensibel (Sugiarto, 2012).
b. Temperatur Bola Basah (Wet Bulb Temperature, Twb)
Temperatur bola basah (WB) adalah kondisi temperatur saat terjadi kesetimbangan antara campuran udara dan uap air. Temperatur bola basah diukur menggunakan termometer yang ditempatkan pada aliran udara minimal 5 m/s. Sensor termometer WB dibalut kain kassa basah untuk menghindari radiasi panas. Suhu WB merupakan ukuran panas total (entalpi). Perubahan suhu WB menunjukkan adanya perubahan panas total (Sugiarto, 2012).
c. Temperatur Titik Embun (Dew Point Temperture, Tdp)
Temperatur titik embun (DP) adalah suhu di mana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan ketika didinginkan. Temperatur DP ditandai sebagai titik sepanjang garis saturasi. Pada saat udara ruang mengalami saturasi (jenuh) maka besarnya suhu DB sama dengan suhu WB dan DP (Parish dan Putman, 1977).
Temperatur DP merupakan ukuran panas laten pada sistem. Perubahan temperatur DP menunjukkan adanya perubahan panas laten atau adanya perubahan kandungan uap air di udara.
d. Tekanan Uap Air (Vapor Press, Pv)
Tekanan uap air merupakan tekanan parsial uap air yang ditimbulkan oleh molekul uap air di dalam udara lembap pada temperatur konstan. Apabila udara mencapai kondisi jenuh, maka tekanan uap air tersebut disebut tekanan uap air jenuh (Pvs) (Parish dan Putman, 1977).
e. Volume Spesifik (Specific Volume, v)
Volume spesifik adalah ruang udara pada setiap meter kubik (m3) persatuan berat (Kg). Volume spesifik dinyatakan dalam satuan volume per satuan berat (m3/kg). Garis skalanya sama dengan garis skala bola basah (wet bulb).
f. Kelembaban Relatif (Relative Humidity, RH)
Kelembaban relatif (RH) merupakan perbandingan tekanan uap air terhadap tekanan uap air jenuh pada temperatur konstan pada suatu ruang atau lokasi tertentu.
Kelembaban relatif dinyatakan dalam satuan persen atau disebut %RH (Parish dan Putman, 1977).
g. Kelembaban Spesifik (Humidity Ratio, W)
Kelembaban spesifik (W) adalah massa uap air (mu) yang terkandung dalam udara lembab per-satuan massa udara kering (ma) pada atmosfer. Kelembaban spesifik diukur dalam satuan grains per pound udara ( 7000 grains = 1 pound) dan diplotkan pada garis sumbu vertikal yang ada di bagian samping kanan chart (Parish dan Putman, 1977).
h. Entalpi (Enthalpy, h)
Entalpi merupakan energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada temperatur tertentu, atau jumlah energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air (dalam fasa cair) dari 0oC sampai mencapai toC dan menguapkannya menjadi uap air (fase gas). Entalpi dinyatakan dalam satuan Btu/lb.
Harga entalpi dapat diperoleh sepanjang skala di atas garis saturasi (Bhatia, 2012).
2.1.8 Proses-proses pada Psychromertic Chart
Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychromertic chart adalah sebagai berikut :
a. Proses pemanasan (Heating)
Proses pemanasan adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara sehingga temperatur udara tersebut naik. Proses ini disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering (DB) udara tanpa perubahan rasio kelembaban. Garis proses pada psychometric chart adalah garis horizontal ke arah kanan (Pita, 1981).
Gambar 2.17 Proses Pemanasan
b. Proses pendinginan (Cooling)
Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara tersebut mengalami penurunan. Proses ini disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering udara tanpa perubahan rasio kelembaban. Garis proses pada grafik psikometrik adalah garis horizontal ke arah kiri (Pita, 1981).
Gambar 2.18 Proses Pendinginan
c. Proses pelembaban (humidifikasi)
Proses pelembaban adalah proses penambahan kandungan uap air ke udara sehingga terjadi kenaikan entalpi dan rasio kelembaban. Pada proses ini terjadi perubahan kalor laten tanpa disertai perubahan kalor sensibel. Garis proses pada grafik psikometrik adalah garis vertical ke arah atas (Pita, 1981).
Gambar 2.19 Proses Pelembaban
d. Proses penurunan kelembaban (dehumidifikasi)
Proses penurunan kelembaban adalah proses pengurangan kandungan uap air ke udara sehingga terjadi penurunan entalpi dan rasio kelembaban. Pada proses ini terjadi perubahan kalor laten tanpa disertai perubahan kalor sensibel. Garis proses pada grafik psikometrik adalah garis vertikal ke arah bawah (Pita, 1981).
Gambar 2.20 Proses Penurunan Kelembaban e. Proses pemanasan dan pelembaban (Heating dan humidifikasi)
Pada proses ini udara dipanaskan disertai dengan penambahan uap air,
sehingga didapatkan peningkatan kalor sensibel dan kalor laten secara bersamaan.
Pada proses ini terjadi kenaikan rasio kelembaban, entalpi, Tdb, Twb dan kelembaban relatif. Garis proses pada grafik psikometrik adalah garis ke arah kanan atas (Pita, 1981).
Gambar 2.21 Proses Pemanasan dan Pelembaban
f. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (Heating dan dehumidifikasi) Pada proses ini udara mengalami pendinginan dahulu sampai temperaturnya dibawah titik embun udara, pada temperatur ini udara mengalami pengembunan sehingga kandungan uap air akan berkurang (Pita, 1981).
Gambar 2.22 Proses Pemanasan dan Penurunan Kelembaban
g. Proses pendinginan dan pelembaban (Cooling dan humidifikasi)
Proses ini dilakukan dengan melewatkan udara pada ruangan semburan air yang temperaturnya lebih rendah dari temperatur udara, tetapi lebih tinggi dari titik embun udara sehingga temperatur akan mengalami penurunan dan rasio kelembaban
akan mengalami peningkatan (Pita, 1981).
Gambar 2.23 Proses Pendinginan dan Pelembaban
g. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (Cooling dan dehumidifikasi) Proses ini dilakukan dengan cara melewatkan udara pada koil pendingin atau ruangan semburan air dimana temperaturnya lebih rendah dari temperatur udara sehingga terjadi penurunan kalor laten dan kalor sensibel (Pita, 1981).
Gambar 2.24 Pendinginan dan Penurunan Kelembaban
2.1.9 Proses Pengkondisian Udara AC ruangan dalam Psychromeric Chart
Proses-proses yang terjadi pada udara di dalam sistem mesin AC mobil bertenaga motor bakar adalah udara dikondisikan melalui proses pendinginan guna mendapatkan kondisi udara yang dikehendaki. Proses pendinginan terjadi ketika udara masuk melalui evaporator, kemudian diteruskan untuk proses dehumidifying untuk menurunkan kelembaban udara. Selanjutnya udara di masukkan ke ruangan.
Gambar 2.25 Proses Pengkondisian Udara Mesin AC Ruangan Bertenaga Motor Bakar dalam Psycrometric Chart
Keterangan Gambar 2.25 :
a. Titik A : Suhu udara di dalam ruangan b. Titik B : Suhu udara pada evaporator
c. Titik C : Suhu udara saat keluar dari evaporator d. Titik D : Suhu kerja dari evaporator
Pada proses A-B adalah proses pendinginan udara yang dilakukan oleh evaporator. Kemudian proses B-C adalah proses pendinginan udra dan pengembunan uap air yang ada di udara yang dilakukab oleh evaporator. Selanjutnya proses C-A adalah proses pemanasan udara dan pembebanan uap air.
2.2 Tinjauan Pustaka
Khairil Anwar, (2010), Meneliti tentang efek beban pendingin terhadap performa sistem mesin pendingin. Efek beban pendingin terhadap kinerja sistem
mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi, koefisien prestasi dan waktu pendinginan. Metode yang digunakan adalah metode eksperimentasi dengan variasi beban pendingin yang diperoleh dengan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300, dan 400 watt didalam ruang pendingin. Data langsung dilakukan pada unit pengujian mesin pendingin hrp fokus model 802. Secara teoritis berdasarkan data diatas eksperimen dengan menentukan kondisi refigeran pada setiap titik siklus. Kapasitas refrigeran dan COP sistem. Performa optimum pada pengujian selama 30 menit pada bola lampu 200 watt COP sebesar 2,64, sedangkan waktu pendinginan diperoleh paling lama pada beban pendingin yang tinggi (bola lampu 400 watt).
Sumanto, Wayan Sudjna, Harimbi Setyowati, Andi Ahmad Rifa’i (2015) meneliti tentang pengaruh tekanan terhadap pengkondisian udara sistem ekspansi udara. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimentasi. Mesin pengkodisian udara yang digunakan pada sistem pengkondisian ini adalah sistem ekspansi udara dengan komponen kompresor 1/2 PK, evaporator dengan media pendingin air, katup ekspansi, dan ruangan aplikasi. Variabel dalam penelitian adalah : Variabel bebasnya adalah variasi tekanan 40 psi, 50 psi, dan 60 psi. Variabel terikatnya adalah pengkondisian udara sistem ekspansi udara. Variabel kontrol yaitu tekanan udara, temperatur udara, tempertur pendingin. Hasil penelitian dengan variasi tekanan 40 psi, 50 psi dan 60 psi mempunyai pengaruh terhadap pengkondisian udara yaitu pada pengujian dengan variasi tekanan 40 psi didapat nilai temperatur tertinggi 30 0C, temperatur terendah 20 0C dan tempetratur rata-rata 23,5 0C. Dari pengujian dengan variasi tekanan 50 psi didapat nilai temperatur tertinggi 31,5
0C, temperatur terendah 19,80C dan tempetratur rata-rata 23,50C. Dari pengujian dengan variasi tekanan 60 psi didapat nilai temperatur tertinggi 34,6 0C, temperatur terendah 19,30C dan temperatur rata-rata 23,70C.
Marwan Effendy, (2005), Meneliti pengaruh kecepatan putaran poros terhadap prestasi kerja mesin pendingin, penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi putaran poros kompresor terhadap prestasi kerja mesin pendingin. Intinya apakah bertambahnya kecepatan putar poros akan meningkatkan koefisien prestasi atau sebaliknya. Dalam penelitian ini alat uji mesin AC sederhana yang terdiri komoresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator dengan menggunakan refrigeran R-134a. Membuat variasi putaran poros dilakukan dengan perubahan ukuran diameter puli motor listrik yang menggerakan kompresor. Dengan variasi diameter puli yang digunakan adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 mm, dan d = 103 mm. Sistem tersebut diujikan di ruangan yang memiliki beban lampu 200 watt dengan beban panas Q = 680 Btu/hr beban ruangan secara keseluruhan sebesar 1249,55 Btu/hr. Dengan kecilnya kerja dilakukan kompresor, koefisien prestasi yang dihasilkan akan meningkat. Pada n = 727,3 rpm; 871,8 rpm; 1058 rpm dan 1184 rpm secara berurutan COP yang dihasilkan sebesar 9,21; 8,53; 7,44 dan 6,92. Namun waktu yang dibutuhkan proses pendinginan ruang sampai temperatur tertentu semakin bertambah.
Danang Tri Sagoro (2017) melakukan penelitian dengan metode eksperimental tentang pengaruh variasi tekanan kerja kompresor terhadap performansi sistem AC pada mobil Daihatsu. Metode penelitian dilakukan dengan
variasi tekanan kerja kompresor 20 psi, 25 psi, 30 psi, 35 psi. Setelah pengambilan data pada AC mobil, data tersebut dianalisis secara teoritis dengan mennggambarkan diagram P-h untuk mengetahui nilai entalpi, temperatur evaporator, dan temperatur kondensor. Setelah diketahui nilai entalpi baru bisa mencari nilai COP dan efisiensi AC mobil. Hasil penelitian adalah dengan peningkatan variasi tekanan kerja kompresor berpengaruh terhadap nilai Coefficient Of Performance (COP) atau unjuk kerja pada AC mobil, ini ditunjukan dengan data yang dihasilkan. Nilai COP pada tekanan 20 psi yaitu 4,00 kj/kg dan pada tekanan 35 psi yaitu 6,25 kj/kg. Nilai Coefficient Of Performance (COP) akan optimal pada tekanan kerja 35 psi. Semakin besar variasi tekanan kerja kompresor AC mobil yang diberikan maka semakin cepat menurunkan suhu/mendinginkan ruangan dalam kabin mobil. Efisiensi tertinggi yang dihasilkan dari AC mobil daihatsu feroza ini senilai 99,40%.
38
BAB III
PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Pembuatan Alat
3.1.1 Komponen-komponen Mesin AC Ruangan Bertenaga Motor Bakar
Komponen utama AC ruangan bertenaga motor bakar yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah kompresor, kondensor, katup ekspansi, receiver drier, evaporator dan fluida refrigeran R134a.
a. Kompresor
Kompresor pada penelitian ini menggunakan kompresor yang memiliki spesifikasi seperti ditampilkan pada Gambar 3.1
Gambar 3.1 Kompresor
Jenis Kompresor : Swash Plate
Daya : 6 PK
Merk : Fuji Cool S5125
b. Kondensor
Kondensor pada penelitian ini menggunakan kondensor yang memiliki
spesifikasi seperti ditampilkan pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Kondensor Pipa Bersirip
Jenis kondensor : Kondensor pipa bersirip
Ukuran : p x l x t = 45 cm x 2,7 cm x 31cm Bahan Pipa : Besi, diameter pipa : 0,4mm
Bahan Sirip : Aluminium, jarak antar sirip : 2 mm c. Evaporator
Evaporator pada penelitian ini menggunakan jenis evaporator pipa bersirip yang memiliki spesifikasi seperti ditampilkan pada Gambar 3.3
Gambar 3.3 Evaporator Pipa Bersirip Bahan Pipa Evaporator : Tembaga, diameter pipa : 8,2 mm
Bahan Sirip : Aluminium, jumlah sirip : 362 sirip Ukuran : p x l x t = 30 cm x 10 cm x 5 cm d. Katup Ekspansi
Katup ekspansi pada penelitian ini menggunakan katup ekspansi yang memiliki spesifikasi seperti ditampilkan pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Katup Ekspansi
Jenis Katup Ekspansi : Termostatik
Bahan : Tembaga
e. Receiver Dryer
Receiver dryer pada penelitian ini menggunakan receiver dryer yang memiliki spesifikasi seperti ditampilkan pada Gambar 3.5
Gambar 3.5 Receiver Dryer
Bahan Tabung Receiver dryer : Besi
Ukuran : d = 6 cm ; t = 25 cm
f. Refrigeran
Refrigeran yang digunakan sebagai fluida kerja pada penelitian ini menggunakan refrigeran R134a. Hal ini dikarenakan jenis refrigeran R134a memiliki sifat yang ramah lingkungan jika dibandingkan dengan refrigeran jenis lainnya.
Refrigeran R134a seperti yang ditampilkan pada Gambar 3.6
Gambar 3.6 Refrigeran R134a
g. Alternator
Alternator berfungsi untuk mengisi listrik aki dan mensuplai kebutuhan tenaga listrik yang cara kerjanya mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Energi listrik dipergunakan untuk menggerakkan kipas kondensor dan kipas evaporator sertamengisi aki agar tetap berada pada tegangan yang stabil sehingga aki tidak drop.Alternator ditampilkan pada Gambar 3.7
Gambar 3.7 Alternator
h. Motor Bakar Bensin
Motor bakar ini berfungsi sebagai penggerak mula yang memutar kompresor dan altenator agar sistem penggkondisian udara dapat berjalan. Motor bakar pada penelitian ini menggunakan motor bakar yang memiliki spesifikasi seperti ditampilkan pada Gambar 3.8
Gambar 3.8 Motor Bakar Bensin
Merk : Shark SE 162s
Daya Maksimal : 5,5 HP Kapasitas Tangki :3,6 liter Kecepatan Maksimal : 3600 rpm i. Baterai
Baterai pada penelitian ini menggunakan baterai yang memiliki spesifikasi seperti ditampilkan pada Gambar 3.9
Gambar 3.9 Baterai
Merk : Massiv XP NS60 Kapasitas : 12 Volt – 45 Ampere
Dimensi : 238 mm x129 mm x 202 mm 3.1.2 Peralatan pendukung
a. Kipas kondensor
Kipas kondensor berfungsi untuk mengalirkan udara melewati kondensor agar pelepasan kalor pada kondensor berlangsung lebih cepat. Kipas kondensor pada penelitian ini menggunakan kipas kondensor yang memiliki spesifikasi seperti ditampilkan pada Gambar 3.10
Gambar 3.10 Kipas Kondensor
Jenis Kipas : Fuji Cool Diameter Kipas : 25 cm Jumlah Sudu :10 sudu
Voltase : 12 V
Arus : DC
Daya : 80 W
b. Kipas Evaporator
Kipas evaporator berfungsi untuk mengembuskan udara dingin disekeliling evaporator ke dalam ruangan, sehingga udara di ruangan menjadi sejuk. Kipas evaporator pada penelitian ini ditampilkan pada Gambar 3.11
Gambar 3.11 Kipas Evaporator
Jenis : Sirocco fan Tipe : sentrifugal c. Styrofoam
Styrofoam berfungsi sebagai penutup celah pada ruangan agar tidak terjadi kebocoran udara pada saat melakukan pengujian. Styrofoam pada penelitian ini dengan tebal 5 cm ditampilkan pada Gambar 3.12
Gambar 3.12 Styrofoam
d. Plat besi
Plat besi berfungsi sebagai kerangka dasar untuk komponen AC dan dudukan motor bakar. Profil plat besi siku dengan ukuran 40 mm x 40 mm x 3 mm. Plat besi pada penelitian ini ditampilkan pada Gambar 3.13
Gambar 3.13 Plat Besi
e. Pipa
Pipa (pipa PVC) berfungsi sebagai penghubung antara evaporator dengan ruangan. Pipa PVC pada penelitian ini dengan diameter 1-1/4″ - (42 mm) ditampilkan pada Gambar 3.14
Gambar 3.14 Pipa
f. Acrylic lembaran
Acrylic lembaran berfungsi sebagai penutup pada bagian evaporator yang tujuannya agar tidak ada bagian yang bocor. Acrylic lembaran pada penelitian ini dengan tebal 0,5 mm ditampilkan pada Gambar 3.15
Gambar 3.15 Acrylic Lembaran
g. Bor listrik
Bor listrik berfungsi sebagai pembuat lubang pada bagian rangka sistem AC.
Bor listrik pada penelitian ini ditampilkan pada Gambar 3.16
Gambar 3.16 Bor Listrik h. Meteran
Meteran berfungsi sebagai pengukur panjang pada saat pengerjaan rangka dan
saluran AC. Meteran pada penelitian ini ditampilkan pada Gambar 3.17
Gambar 3.17 Meteran
i. Gerinda
Gerinda berfungsi sebagai pemotong pada bagian rangka sistem AC. Gerinda pada penelitian ini ditampilkan pada Gambar 3.18
Gambar 3.18 Gerinda
3.2 Metodologi Penelitian
3.2.1 Mesin yang digunakan dalam Penelitian
Pada penelitian ini, objek yang telah diteliti adalah mesin AC ruangan dengan penggerak mula motor bakar bekerja dengan siklus kompresi uap sistem udara tertutup. Alat yang digunakan memiliki putaran kompresor 1700 rpm. Penggerak kompresor adalah motor bakar 5,5 HP yang biasa digunakan pada mesin pompa air.
Pada proses ini tidak ada udara luar yang dicampur dengan udara balik. Gambar 3.19 menyajikan skematik mesin yang diteliti.
Gambar 3.19 Skematik Mesin Pengkondisian Udara untuk Ruangan dengan Penggerak Mula Motor Bakar
Keterangan pada Gambar 3.19 :
a. Kompresor g. Aki
b. Kondensor h. Pressure gauge c. Filter receiver dryer i. Belt
d. Evaporator j. Pipa
e. Altenator k. Ruangan yang di kondisikan 4 m x 3 m f. Motor bakar l. Katup ekspansi
m. Beban pendinginan (8 botol berisi air)
3.2.2 Alur Penelitian
Alur penelitian mengikuti alur seperti tersaji pada Gambar 3.20
Gambar 3.20 Alur Penelitian
Pengumpulan komponen dan alat ukur :evaporator, kompresor, kondensor, katup ekspansi, alternator, motor bakar, kipas kondensor, aki, alat ukur
Perakitan komponen AC, pemasangan alat ukur, pengisian refrigeran, perakitan kelistrikan
Penentuan variasi penelitian
(a) P1=22 psi (35 menit), (b) P1=28 psi (35 menit)
Pengambilan dataP1, P2, T1, T3
Melanjutkan variasi penelitian ?
Menggambar siklus kompresi uap P-h diagram untuk mencari h1, h2, h3, h4, Te, Tc, lalu perhitungan Qin, Qout, Win, COPactual, COPideal, efisiensi,
laju aliran massa untuk setiap variasi
Pengolahan data, pembahasan, kesimpulan, dan saran
Selesai
Ya
Tidak Uji coba,
baik?
Tidak Mulai
Ya
