MESIN PENGHASIL AIR AKI DENGAN SIKLUS KOMPRESI
UAP MENGGUNAKAN PERALATAN CURAH AIR
DARI PIPA PVC DENGAN JARAK ANTAR
LUBANG PIPA 25 MM
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
THOMAS ADITYA YOGY EKAPUTRA NIM : 135214017
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
MACHINE THAT PRODUCES ACCU WATER WITH STEAM
COMPRESSION CYCLE USING WATER FLOW
EQUIPMENT FROM PVP THAT HAS
25 MM INTER-HOLE DISTANCE
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
THOMAS ADITYA YOGY EKAPUTRA Student Number : 135214017
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
ABSTRAK
Air aki adalah sebuah komponen utama kelistrikan pada kendaraan bermotor. Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik. Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) Merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap yang menggunakan peralatan pipa pencurah air dan mengetahui nilai tertinggi COPaktual, COPideal dan efisiensi, (b) Mengetahui nilai
tertinggi kelembaban spesifik (Δw) pada mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap, (c) Mengetahui jumlah air yang dihasilkan perjam dari mesin penghasil air aki. Penelitian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Mesin penghasil air aki bekerja dengan siklus kompresi uap. Komponen utama mesin siklus kompresi uap adalah : kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaoprator dengan menggunakan fluida kerja R22a.
Mesin dirancang dengan ukuran p x l x t : 190cm x 75cm x 90cm. Penelitian dilakukan dengan variasi : (a) kipas off dan pancuran air off, (b) kipas on dan pancuran air on, (c) kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air, (d) kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air, (e) kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air.
Mesin penghasil air aki berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Dengan rentang waktu selama 60 menit untuk kondisi kipas off dan pancuran air off dapat menghasilkan air sebanyak 1253,3 ml, waktu 60 menit untuk kondisi kipas on dan pancuran air on dapat menghasilkan air sebanyak 1706,7 ml, waktu 60 menit untuk kondisi kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air dapat menghasilkan air sebanyak 1806,7 ml, waktu 60 menit untuk kondisi kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air dapat menghasilkan air sebanyak 1840 ml dan waktu 60 menit untuk kondisi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air dapat menghasilkan air sebanyak 1846,7 ml.
viii
ABSTRACT
Accu water is a main electricity component in a motor vehicle. Accu can convert chemical power into electrical one. The purposes of this research are: (a) To design and assemble accu water producing machine with steam compression cycle that use water outpouring pipe and knowing the highest value of COPaktual, COPideal and efficiency. (b) To know the highest value of specific humidity (Δw)
in the accu water producing machine with steam compression cycle. (c) To know how much water produced each hour from the accu water producing machine. The research was done in Heat Transfer Laboratory, Mechanical Engineering Department of Sanata Dharma University, Yogyakarta. The accu water producing machine worked with steam compression cycle. The main components of steam compression cycle machine are compressor, condenser, capillary pipe, evaporator using R-22a working fluid
The machine was designed by with the size L x W x H : 190cm x 75cm x 90cm. The research was done with this following variation: (a) the fan off while the water shower off, (b) the fan on while the water shower on, (c) the fan and the water shower on/off every 5 minutes, (d) the fan and the water shower on/off every 10 minutes, (e) the fan and the water shower on/off every 15 minutes.
The accu water producing machine is successfully made and it works well. With the time span of 60 minutes while the fan and the water shower off, the machine can produce 1253.3 ml of accu water. While both the fan and the water shower are on, the machine can produce 1706.7 ml of accu water. When the fan and the water shower on/off every 5 minutes the machine produce 1806.7 ml of accu water, when the fan and the water shower on/off every 10 minutes the machine produce 1840 ml ml of accu water. Lastly, when the fan and the water shower on/off every 15 minutes the machine is producing 1846.7 ml of accu water.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi yang merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar.
Penulis merasa bahwa penelitian yang dilakukan ini merupakan penelitian yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan banyak hal, seperti pembuatan mesin penghasil air aki, pengujian, pengambilan data, dan melakukan pembahasan solusi terhadap masalah yang dihadapi.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi berjudul “Mesin Penghasil Air Aki dengan Siklus Kompresi Uap Menggunakan Peralatan Curah Air Dari Pipa PVC dengan Jarak Antar Lubang 25 mm” 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.
xi
DAFTAR ISI
Hal
HALAMAN JUDUL ... I
TITLE PAGE ... Ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... Iii
HALAMAN PENGESAHAN ... Iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... V
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
... Vi
xii
2.2 Tinjauan Pustaka ... 37
BAB III PEMBUATAN ALAT ... 40
3.1 Persiapan Komponen Utama Mesin Penghasil Air Aki ... 40
3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Penghasil Air Aki
4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 60
BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
xiii
e. P-h diagram variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air
f. Psychrometric Chart variasi kipas off dan pancuran off
xiv
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Proses Penyulingan (destilasi) ... 6
Gambar 2.2 Siklus Kompresi Uap ... 8
Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap Pada Diagram P-h ... 8
Gambar 2.4 Proses Kompresi Uap Pada Diagram T-s ... 9
Gambar 2.5 Psychrometric chart ... 15
Gambar 2.6 Dry bulb temperature ... 16
Gambar 2.7 Wet bulb temperature ... 17
Gambar 2.8 Dew point temperature ... 17
Gambar 2.9 Relative humidity ... 18
Gambar 2.10 Enthalpy ... 18
Gambar 2.11 Proses yang terjadi pada psychrometric chart ... 19
Gambar 2.12 Proses cooling dan dehumidifying ... 20
Gambar 2.13 Proses pemanasan (heating) ... 21
Gambar 2.14 Proses coolingand humidifying ... 21
Gambar 2.15 Proses pendinginan (cooling) ... 22
Gambar 2.16 Proses humidifying ... 23
Gambar 2.17 Proses dehumidifying ... 23
Gambar 2.18 Proses heating and dehumidifying ... 24
Gambar 2.19 Proses heating and humidifying ... 24
Gambar 2.20 Proses yang terjadi pada mesin penghasil air aki ... 25
Gambar 2.21 Kompresor sentrifugal ... 28
Gambar 2.22 Kompresor scroll ... 29
Gambar 2.23 Sketsa kompresor sekrup ... 30
Gambar 2.24 Kompresor torak semi hermetik ... 30
Gambar 2.25 Kompresor torak hermetik ... 31
Gambar 2.26 Kondensor berpendingin udara ... 32
Gambar 2.27 Kondensor berpendingin air ... 33
xv
Gambar 2.29 Evaporator basah ... 36
Gambar 2.30 Pipa kapiler ... 36
Gambar 3.1 Kompresor hermetik jenis rotari ... 40
Gambar 3.2 Kondensor ... 41
Gambar 3.16 Pemasangan kondensor, kipas kondensor dan styrofoam ... 51
Gambar 3.17 Pemasangan kompresor dan manifold gauge ... 51
Gambar 3.18 Pemasangan pompa air pada atas kerangka ... 52
Gambar 3.19 Pemasangan pipa PVC ke dalam mesin penghasil air aki ... 52
Gambar 4.1 Mesin penghasil air aki ... 53
Gambar 4.2 Termokopel dan penampil suhu digital ... 55
Gambar 4.3 Stopwatch ... 55
Gambar 4.4 Termometer bola basah dan bola kering ... 56
Gambar 4.5 Gelas ukur ... 56
Gambar 4.6 Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin penghasil air aki ... 57
xvi
Gambar 5.2 Psychrometric chart dari variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air
... 71
Gambar 5.3 Perbandingan Win dari 5 variasi ... 74
Gambar 5.4 Perbandingan Qout dari 5 variasi ... 75
Gambar 5.5 Perbandingan Qin dari 5 variasi ... 76
Gambar 5.6 Perbandingan COPaktual dari 5 variasi ... 77
Gambar 5.7 Perbandingan COPideal dari 5 variasi ... 78
Gambar 5.8 Perbandingan efisiensi (Ƞ) dari 5 variasi ... 79
Gambar 5.9 Perbandingan kelembaban spesifik (Δw) dari 5 variasi ... 80
xvii
DAFTAR TABEL
Hal Tabel 4.1 Tabel pencatatan hasil pengukuran tekanan dan
volume air
Tabel 5.3 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air ... 62
Tabel 5.4 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air ... 63
Tabel 5.5 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air ... 63
Tabel 5.6 Hasil 5 variasi yang telah dikonversikan dari satuan psi ke satuan bar ... 64
Tabel 5.7 Nilai-nilai entalpi refrigeran siklus kompresi uap dari 5 variasi ... 66
Tabel 5.8 Nilai suhu kerja kondensor dan evaporator dari 5 variasi ... 66
Tabel 5.9 Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) ... 67
Tabel 5.10 Nilai energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) ... 68
Tabel 5.11 Nilai energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) ... 68
Tabel 5.12 COPaktual mesin penghasil air aki ... 69
Tabel 5.13 COPideal (COPideal) ... 70
Tabel 5.14 Efisiensi mesin penghasil air aki (Ƞ) ... 71
1 memerlukan aki untuk dapat menghidupkan mesin dengan mengalirkan arus kelistrikan dari aki ke dinamo starter kendaraan. Terutama pada kendaran mobil yang tidak mempunyai kick starter, sehingga untuk menghidupkan mesin digunakan dinamo starter. Aki bukan hanya untuk menghidupkan mesin melainkan untuk semua komponen kelistrikan pada kendaraan bermotor. Contoh kelistrikan pada mobil adalah lampu utama, lampu kota, lampu sen, lampu tembak, lampu hasrat, sound sistem dan klakson dan contoh kelistrikan pada motor adalah lampu utama, lampu kota, lampu sen dan klakson. Dengan demikian aki mempunyai peranan penting pada komponen kendaraan bermotor.
Cairan aki yang dijual di pasaran dibagi menjadi 2 jenis yaitu aki zuur (cairan isi ulang aki yang berlabel berwarna merah) dan air aki (cairan isi ulang yang berlabel berwarna biru). Aki zuur diisikan pertama kali pada aki karena mengandung zat kimia Asam Sulfat (H2SO4). Asam Sulfat (H2SO4) mengandung
yang begitu kuat biasanya dapat menimbulkan karat pada logam tertentu dan logam yang tahan terhadap sifat sulfur adalah timbal (Pb). Jenis yang berikutnya adalah Air aki (air isi ulang aki yang mempunyai label warna biru). Air aki ini adalah air biasa atau air yang sudah mengalami proses destilasi sehingga menjadi air murni. Air aki ini digunakan untuk menambah air di dalam kotak aki yang sudah mulai berkurang atau sudah mendekati garis batas bagian bawah (lower). Air aki tidak mengandung logam sama sekali, air aki ini adalah air hasil dari proses destilasi. Air aki jika diminum oleh manusia tidak akan menyebabkan efek samping dikarenakan sifatnya yang bebas dari bahan kimia yang berbahaya. Air aki hanya digunakan untuk menambah volume air aki yang sudah berkurang (volume yang sudah mendekati garis batas bagian bawah).
Dengan latar belakang tersebut, penulis tertarik untuk mendalami tentang mesin penghasil air aki menggunakan siklus kompresi uap dengan cara melakukan pembuatan dan penelitian. Diharapkan efisiensi yang dihasilkan dari mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap yang dihasilkan dapat bersaing dengan metode lain yang selama ini dipergunakan dalam menghasilkan air aki.
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian tentang mesin penghasil air aki ini adalah :
a. Merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap yang mempergunakan peralatan pipa pencurah air dan mengetahui nilai tertinggi COPaktual, COPideal, dan efisiensi.
b. Mengetahui jumlah air tertinggi yang dihasilkan perjam dari mesin penghasil air aki.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan yang dipergunakan dalam pembuatan peralatan penelitian ini adalah :
a. Mesin bekerja dengan mempergunakan siklus kompresi uap dan mempergunakan peralatan pencurah air.
b. Komponen utama siklus kompresi uap meliputi : kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler.
c. Daya kompresor yang digunakan 1 PK, ukuran komponen utama yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
d. Siklus kompresi uap bekerja dengan mempergunakan refrigeran R22.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian tentang peralatan mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap ini adalah :
a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap yang dapat diletakkan di perpustakaan, dan dipublikasikan pada kalayak ramai.
b. Dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain yang melakukan penelitian sejenis.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Pengertian Air Aki
Aki atau yang biasa disebut dengan accumulator adalah sebuah komponen utama kelistrikan pada kendaraan bermotor. Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik. Air isi ulang aki adalah air hasil penyulingan (destilasi) yang murni tidak mengandung mineral. Air isi ulang aki yang memiliki label berwana biru merupakan air isi ulang aki yang aman karena sudah mengalami demineralisasi sehingga menjadi air murni. Air isi ulang ini hanya diperlukan untuk menambah volume air aki yang berada di garis batas bawah atau juga disebut lower. Air aki yang memiliki label warna merah merupakan air aki yang berbahaya karena mengandung asam sulfat. Asam Sulfat (H2SO4) mengandung
elektrolit yang dapat menyimpan dan menghantarkan arus listrik.
2.1.2 Pembuatan Air Aki
Pembuatan air aki dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan metode penyulingan (destilasi) dan demineralisasi.
a. Penyulingan (destilasi)
Proses penyulingan dilakukan dengan cara memanaskan air hingga menguap sehingga uap air melewati saluran yang pada dinding luarnya diberi aliran air dingin sehingga air akan mengalami proses kondensasi. Uap air yang sudah mengembun itu dialirkan kemudian ditampung pada suatu wadah. Hasil penyulingan ini adalah air murni yang tidak tercampur zat lain. Hasil penyulingan ini dinamakan akuades. Akuades ini tidak tercampur zat kontaminan, terutama kontaminan yang memiliki titik didih dan titik uap lebih tinggi dari pada air, misalnya zat logam. Proses penyulingan atau destilasi disajikan pada Gambar 2.1.
b. Demineralisasi
Demineralisasi adalah proses untuk menghilangkan material terlarut dalam air. Hasil dari proses demineralisasi adalah ultrapure water (air dengan tingkat kemurnian sangat tinggi). Air yang dihasilkan dari proses demineralisasi hampir tidak mengandung mineral sama sekali. Proses demineralisasi dilakukan dengan menggunakan resin anion dan kation. Resin yang ditambahkan ini berfungsi untuk mengikat mineral-mineral yang terlarut dalam air sehingga mineral-mineral yang terlarut akan terpisah dengan molekul air.
2.1.3 Definisi Siklus Kompresi Uap
Pada siklus kompresi uap fluida kerja, mengalami proses yang berganti-ganti, proses penguapan danproses pengembunan yang berlangsung secara terus-menerus. Fluida kerja yang dipakai pada proses ini menggunakan refrigeran. Siklus kompresi uap memiliki komponen utama kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kailer.
Gambar 2.2. Siklus Kompresi Uap
Gambar 2.4. Proses Kompresi Uap Pada Diagram T-s
Proses-proses pada siklus kompresi uap: a. Proses Kompresi 1 – 2
b. Proses pendinginan suhu gas panas lanjut (2-2a) (desuperheating)
Proses pendingin dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada tahap 2-2a dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir ke lingkungan, karena suhu refigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.
c. Proses Kondensasi (2a-2b)
Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-2b dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4. Pada proses ini gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari kondensor ke lingkungan karena suhu refrigeran di kondensor lebih tinggi dari suhu udara lingkungan. Keluarnya kalor dari refrigeran di kondensor, tidak menyebabkan suhu refrigeran mengalami penurunan suhu, tetapi menyebabkan refrigeran berubah fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh.
d. Proses Pendinginan Lanjut (2b-3)
Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 2b-3 dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4. Pada proses pendinginan lanjut terjadi proses penurunan suhu refrigeran dari keadaan cair jenuh ke refrigeran cair lanjut. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini di perlukan agar kondisi refrigeran keluar kondensor benar-benar dalam fase cair, sehingga memudahkan refrigeran mengalir ke pipa kapiler. Proses pendinginan lanjut dapat menyebabkan nilai entalpi h3 atau h4 rendah dan ini menyebabkan efek pendinginan menjadi besar
(h1-h4). Bila efek pendinginan besar maka nilai COPaktual juga menjadi besar.
e. Proses Penurunan Tekanan (3-4)
Proses penurunan tekanan pada tahap 3-4 dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4. Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke komponen pipa kapiler dan mengalami proses penurunan tekanan dan penurunan suhu. Sehingga suhu refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa refrigeran berubah dari fase cair menjadi fase campuran: cair dan gas. Proses berjalan dengan nilai entalpi yang tetap (iso entalpi atau isentalpi).
f. Proses Evaporasi (4-4a)
Proses evaporasi terjadi pada tahap 4-4a dari Gambar 2.3 dan Gambar 2.4. Refrigeran dalam fasa campuran cair dan gas mengalir ke evaporator dan kemudian menerima kalor dari lingkungan, sehingga fasa dari refrigeran berubah seluruhnya menjadi gas jenuh. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap, demikian juga berlangsung pada suhu yang tetap. Kalor dapat mengalir dari lingkungan ke evaporator dikarenakan suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu kerja evaporator.
g. Proses Pemanasan Lanjut (4a-1)
2.1.4 Perhitungan Pada Siklus Kompresi Uap
Dengan mempergunakan P-h diagram pada siklus kompresi uap dapat dihitung besarnya kerja kompresor, energi kalor yang dilepas kondensor, energi kalor yang diserap evaporator, COP, efisiensi. Pada perhitungan ini, satuan yang dipergunakan mempergunakan satuan yang biasa dipergunakan pada perhitungan siklus kompresi uap. satuan properti dapat mempergunakan sesuai dengan yang diinginkan.
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor perpersatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.1). Satuan yang dipergunakan Win dapat berbagai macam, tetapi pada persoalan ini dipergunakan satuan kJ/kg.
Win = h2 – h1 , kJ/kg .... (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h2 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg
h1 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg
b. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) Besarnya energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dapat dihitung dengan Persamaan (2.2):
Pada Persamaan (2.2) :
Qout : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h2 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor, kJ/kg
h3 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor, kJ/kg
c. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) Besarnya energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator dapat dihitung dengan Persamaan (2.3):
Qin = h1 – h4 , kJ/kg .... (2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
Qin : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai
enthalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg
h4 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai
enthalpi saat refrigeran masuk pipa kapiler, kJ/kg
d. COPaktual mesin siklus kompresi uap
COPaktual (Coefficient Of Performance) mesin siklus kompresi uap adalah
perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COPaktual mesin siklus kompresi
uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.4):
Pada Persamaan (2.4) :
Qin : Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
Win : Kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : Entalpi refrigeran keluar evaporator, kJ/kg
h2 : Entalpi refrigeran masuk kondensor, kJ/kg
h3 : Entalpi refrigeran keluar kondensor, kJ/kg
h4 : Entalpi refrigeran masuk evaporator, kJ/kg
e. COPideal mesin siklus kompresi uap
COPideal merupakan COPmaksimal yang dapat dicapai mesin siklus kompresi
uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.5):
COPideal = Te / ( Tc – Te ) .... (2.5)
Pada Persamaan (2.5):
Te : Suhu mutlak evaporator, K
Tc : Suhu mutlak kondensor, K
f. Efisiensi mesin siklus kompresi uap (ƞ)
Efisiensi dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6):
Ƞ = [COPAktual / COPIdeal ]x 100% .... (2.6)
Pada Persamaan (2.6):
Ƞ : Efisiensi mesin siklus kompresi uap.
COPaktual : Koefisien prestasi mesin siklus kompresi uap.
2.1.5 Psychrometric Chart
Psychrometric Chart adalah grafik yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai properti udara pada keadaan yang ditinjau seperti suhu, enthalpi, kelembapan udara dan spesifive volume. Untuk mengetahui nilai dari properti-properti pada udara (h, RH, w, SpV, Twb,Tdb, dan Tdp) bisa diperoleh
apabila minimal dua buah diantara properti tersebut sudah diketahui dan bisa diketahui dengan diagram psychrometric chart pada Gambar 2.5.
a. Data – data yang terdapat pada Psychrometric Chart
Di dalam Psychrometric Chart terdapat beberapa data – data yang ada antara lain:
1. Suhu Bola Kering (Dry Bulb Temperature)
Dry Bulb Temperature adalah suhu udara yang diperoleh melalui alat termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan kering. Dry Bulb Temperature menggunakan simbol (Tdb) dan satuan yang digunakan oC (Celcius), F
(Fahrenhet) atau K (Kelvin).
Gambar 2.6 Dry bulb temperature
2. Suhu Bola Basah (Wet Bulb Temperature)
Wet Bulb Temperature adalah adalah suhu udara ruang yang diperoleh melalui termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan basah. Wet Bulb Temperature menggunakan simbol (Twb) dan satuan yang digunakan oC (Celcius),
Gambar 2.7 Wet bulb temperature
3. Suhu Titik Embun (Dew Point Temperature)
Dew Point Temperature adalah suhu di mana uap air yang ada di udara mulai mengembun ketika udara didinginkan. Dew Point Temperature menggunakan simbol (Tdp) dan satuan yang digunakan oC (Celcius), F (Fahrenhet) atau K
(Kelvin).
4. Kelembaban Relatif (Relative Humidity)
Relative Humidity adalah persentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1m3 dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1m3 udara kerja tersebut. Relative Humidity menggunakan simbol (RH).
Gambar 2.9 Relative humidity
5. Entalphi (Enthalpy)
Entalphi adalah jumlah kalor total dari campuran udara dan uap air di atas titik nol. Entalphi menggunakan satuan kJ/kg.
6. Specific Humidity
Specific Humidity adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering. Specific Humidity menggunakan simbol (w) dan satuan yang digunakan adalah kg air/kg udara kering.
7. Volume Spesifik
Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan sebagai meter kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering. Volume Spesifik menggunakan simbol (SpV) dan satuan yang digunakan (m3/kg udara kering).
b. Proses–proses yang terjadi pada Psychomeric Chart.
Proses-proses yang terjadi di dalam Psychometric Chart meliputi proses cooling and dehumidifying, heating, cooling and humidifying, cooling, humidifying, dehumidifying, dan heating and humidifying.
1. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada proses pendinginan dan penurunan kelembaban terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik. Sedangkan kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya.
Gambar 2.12 Proses cooling dan dehumidifying
2. Proses pemanasan (heating)
Gambar 2.13 Proses pemanasan (heating)
3. Proses pendinginan dan kenaikan kelembaban (cooling and humidifying) Proses pendinginan dan kenaikan kelembaban berfungsi untuk menurunkan temperature dan menaikan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan temperature bola kering, temperatur bola basah, dan kelembaban spesifik. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembaban relatif, dan kelembaban spesifik.
4. Proses pendinginan (cooling)
Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan, terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik, namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik dan suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis horizontal ke arah kiri.
Gambar 2.15 Proses pendinginan (cooling) 5. Proses humidifying
Gambar 2.16 Proses humidifying
6. Proses dehumidifying
Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. Garis dalam psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah bawah.
Gambar 2.17 Proses dehumidifying
Gambar 2.18 Proses heating and dehumidifying
8. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidifying) Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis kearah kanan atas.
c. Proses yang terjadi pada mesin penghasil air aki
Gambar 2.20 Proses yang terjadi pada mesin penghasil air aki
Proses-proses yang terjadi pada mesin penghasil air aki disajikan pada Gambar 2.20. Proses pertama kali merupakan proses heating dimana proses ini terjadi di dalam kondensor yang menyebabkan udara berada pada kondisi panas, kemudian terjadi proses evaporative cooling untuk mendapatkan suhu rendah dan kadar uap air meningkat. Proses evaporative cooling berlangsung pada pipa pencurah air, kemudian proses cooling dimana proses ini terjadi pada evaporator yang menyebabkan suhu berada pada titik jenuh dan RH (relative huminity) berada pada 100%. Setelah melewati eaporator suhu kembali bercampur dengan suhu lingkungan menyebabkan suhu mengalami kenaikan dan kelembaban juga mengalami kenaikan.
Te Tdb Tc Tb
Td
Tevap
Twb
Wa
d. Perhitungan-perhitungan pada psychrometric Chart
Dengan mempergunakan psychrometric Chart dapat diperoleh data-data yang
dapat dipergunakan untuk menghitung wb, wa, Δw, laju pengembunan, laju aliran
massa udara :
1. Laju pengembunan (ma ir
)
Laju pengembunan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7) :
ma ir
t : Waktu yang diperlukan untuk menghasilkan air, jam
2. Perhitungan massa air yang berhasil diembunkan (Δw)
Massa air yang berhasil diembunkan dapat dihitung dengan Persamaan (2.8) : Δw = wb– wa,kgair/kgudara .... (2.8)
Pada Persamaan (2.8) :
Δw : Massa air yang diuapkan, kgair/kgudara
wb : Kelembaban spesifik udara setelah keluar dari mesin, kgair/kgudara
wa : Kelembaban spesifik udara masuk ke mesin, kgair/kgudara
3. Laju aliran massa udara (muda r a
)
Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.9) :
uda r a
Δw : Massa air yang berhasil diembunkan, kgair/kgudara
2.1.6 Komponen Siklus Kompresi Uap
Komponen utama mesin kompresi uap terdiri dari beberapa komponen seperti : kompresor, kondensor, evaporator, dan pipa kapiler.
a. Kompresor
1. Kompresor Sentrifugal
Prinsip dari kompresor sentrifugal adalah menggunakan gaya sentrifugal untuk mendapatkan energi kinetik pada impeller sudu dan energi kinetik ini diubah menjadi tekanan potensial. Tekanan dan kecepatan uap yang rendah dari saluran suction dihisap ke dalam lubang masuk atau mata roda impeller oleh aksi dari shaft rotor, dan kemudian diarahkan dari ujung-ujung pisau ke rumah kompresor untuk diubah menjadi tekanan yang bertambah.
Karakteristik kompresor sentrifugal dapat diklasifikasikan secara umum sebagai berikut:
a. Aliran dischargeunifrom.
b. Mempunyai kapasitas dari yang kecil sampai besar. c. Density udara mempengaruhi tekanan discharge.
d. Mampu bekerja pada efisiensi yang tinggi dengan beroperasi pada tekanan yang besar.
Gambar 2.21 Kompresor sentrifugal
(
2. Kompresor Scroll
Prinsip kerja dari komprespr scroll adalah mengunakan 2 buah scroll atau yang biasa disebut dengan pusaran. Fixed Scroll (pusaran yang tidak bergerak) dan Orbiting Scroll (pusaran yang bergerak) merupakan 2 buah scroll yang digunakan pada kompresor scroll. Satu scroll dipasang tetap dan salah satu scroll lainnya berputar pada orbiting scroll. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran hisap oleh scroll dan dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya pada pusat orbiting dari scroll tersebut.
Gambar 2.22 Kompresor scroll
3. Kompresor Sekrup
Gambar 2.23 Sketsa kompresor sekrup
(http://teknikmesin.org/konstruksi-kompresor-sekrup/)
4. Kompresor Torak
Pada konstruksi semi hermetik kompresor torak bekerjanya mempergunakan piston yang bekerja bolak-balik. Pada mesin kompresi uap berdaya rendah, biasanya kompresor yang dipergunakan adalah kompresor semi hermetik dan hermetik.
Gambar 2.24 Kompresor torak semi hermetik
5. Kompresor Hermetik
Pada dasarnya, kompresor hermetik hampir sama dengan semi-hermetik, perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja) kompresor dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetik dipergunakan sambungan las sehingga rapat udara. Pada kompresor semi-hermetik dengan rumah terbuat dari besi tuang, bagian-bagian penutup dan penyambungnya masih dapat dibuka.
Sebaliknya dengan kompresor hermetik, rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor listriknya tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor.
Gambar 2.25 Kompresor torak hermetik
(http://www.emsteknik.com/FileUpload/bs370572/UrunResim/1193
7301.jpg)
b. Kondensor
1. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)
Kondensor yang menggunakan udara sebagai media pendinginnya. Selain udara sebagai media pendinginnya kondensor ini ada juga yang menggunakan kipas untuk membantu proses pendinginannya. Biasanya yang memakai kipas untuk membantu proses pendinginannya antara lain AC window dan AC split. Untuk proses pendingin kondensor tanpa kipas, proses pendinginan berlangsung secara konveksi bebas. Hal ini dapat dilihat pada mesin siklus kompresi uap pada kulkas 1 pintu.
Gambar 2.26 Kondensor berpendingin udara
2. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)
Water cooled condensor adalah kondensor yang menggunakan air sebagai media pendinginnya. Kondensor berpendingin air dibedakan menjadi 2 kategori: a. Kondensor yang membuang air secara langsung.
Kondensor jenis pertama yang membuang air secara langsung berarti air yang telah disuplai melewati kondensor langsung dibuang keluar dari kondensor dan tidak dipergunakan lagi. Untuk kondensor jenis kedua, air setelah melewati kondensor tidak langsung dibuang, tetapi dipergunakan lagi. Air disirkulasikan kembali ke kondensor, setelah air mengalami proses pendinginan.
Gambar 2.27 Kondensor berpendingin air
(http://irma-teknikkimia.blogspot.co.id/2013/02/kondensor.html) c. Evaporator
1. Evaporator kering (dry expantion evaporator)
Keadaan dimana cairan refrigeran yang diexpansikan melalui katup expansi pada saat masuk evaporator sudah dalam campuran air dan uap, sehingga pada saat keluar dari evaporator menjadi uap kering.
Keuntungan dari evaporator kering :
a. Tidak memerlukan banyak refrigeran dalam jumlah besar.
b. Jumlahminyak pelumas yang tertinggal didalam evaporator sangat kecil. Kerugian dari evaporator kering :
a. Perpindahan kalor yang terjadi tidak begitu besar dibandingkan dengan evaporator basah.
b. Laju perpindahan kalor dalam evaporator lebih rendah dibandingkan dengan evaporator setengah basah.
Gambar 2.28 Evaporator kering
2. Evaporator setengah basah
Keadaan dimana evaporator berada pada kondisi refrigeran diantara jenis evaporator jenis kering dan evaporator jenis basah, namun selalu terdapat refrigeran cair dalam pipa penguapannya. Keuntungan dan kerugian dari evaporator jenis setengah basah adalah laju perpindahan kalor jenis setengah basah lebih tinggi dari evaporator kering, tetapi laju perpindahan kalor lebih rendah dari evaporator jenis basah.
3. Evaporator basah (flooded evaporator)
Gambar 2.29 Evaporator basah
( http://www.bppp-tegal.com/web/index.php/artikel/97-artikel/artikel-permesinan-kapal-perikanan/166-dasar-dasar-refrigerasi)
d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler adalah sebuah pipa tembaga berdiameter kecil yang digunakan pada mesin siklus kompresi uap seperti pada kulkas, air conditioner, freezer, dan showcase. Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan regrigeran yang mengalir di dalam pipa kapiler tersebut yang, berasal dari pipa-pipa kondensor dan melewati proses penyaringan di filter.
Gambar 2.30 Pipa kapiler (
2.2 Tinjauan Pustaka
Anwar, Khairil (2010), melakukan penelitian yang membahas mengenai efek beban pendingin terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi, koefisien prestasi dan waktu pendinginan. Metode yang digunakan adalah metode eksperimental dengan variasi beban pendingin yang diperoleh dengan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin. Hubungan antara beban pendingin dengan COP sistem membentuk kurva parabolik, di mana posisi COP terbesar terdapat pada beban 200 watt seebesar 2.64 dan kenaikan kapasitas refrigerasi dan daya kompresor terjadi seiring dengan penambahan beban pendingin.
TDS dari air keluaran kolom resin penukar kation dan anion. Data yang diperoleh pada sampel di studio foto walet memiliki konduktivitas 4,1 µS, TDS 2,3 ppm dan P-h 7,42. Sampel di pabrik Coca Cola Ungaran memiliki nilai konduktivitasnya 3,1 µS, TDS 1,7 ppm dan P-h 7,09. Tempat isi ulang air minum Fine di Jati Raya Banyumanik nilai konduktivitasnya 5,87 µS, 2,88 ppm dan P-h 7,71. Kadar Pb sebesar 0,03 ppm hanya terdapat pada sampel pabrik Coca Cola Ungaran dan dapat dihilangkan dengan resin.
Suma A, Enang (2013), melakukan penelitian bertujuan untuk mengetahui pengaruh tekanan kerja kompresor terhadap efek pendingin atau pencapaian temperatur pendinginan dan waktu pencapaian temperature pendingin, serta mendapatkan besar tekanan kompresor yang memberikan nilai COP yang optimum. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen, variasi tekanan kompresor ditinjau terhadap kinerja mesin refrigerasi dan suhu refrigerasi yang keluar dari kondensor. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar tekanan suction kompresor maka semakin besar efek refrigerasi yang terjadi. Semakin besar tekanan suction kompresor, temperatur pendingin (temperatur evaporator) yang dihasilkan semakin rendah. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai temperatur pendinginan rata-rata sama untuk masing-masing tekanan yang menghasilkan tekanan suction 1,4 bar menghasilkan COP 4,15.
evaporator, kondensor, lemari pengering dan sebuah kipas (fan). Kondensor merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk memanaskan udara yang melewatinya dan juga bertugas untuk mendinginkan dan mengembunkan refrigeran dalam siklus refrijerasi. Evaporator adalah alat penukar panas yang digunakan untuk mendingkan aliran udara yang melewatinya dan juga untuk mendidihkan dan memanaskan refrigeran dalam siklus refrijerasi.
40
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Persiapan Komponen Utama Mesin Penghasil Air Aki
Komponen utama yang digunakan pada proses pembuatan mesin penghasil air aki dalam penelitian ini meliputi (a) mesin siklus kompresi uap yang memiliki komponen utama: kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, refrigeran dan (b) sistem pencurah air, yang meliputi : pencurah air, tempat penampungan air, pompa dan tempat air destilasi.
a. Kompresor
Kompresor adalah alat yang digunakan untuk menaikan dan memompa tekanan refrigeran dan mengalirkan refrigeran. Gambar 3.1 menyajikan jenis kompresor yang digunakan saat mesin siklus kompresi uap.
Spesifikasi Kompresor :
Jenis Kompresor : Kompresor hermetik jenis rotari Seri Kompresor : QK208PBD
Voltase : 220 – 240 V Daya Kompresor : 1 PK
b. Kondensor
Kondensor merupakan alat yang berfungsi untuk membuang kalor dan merubah wujud refrigeran dari bentuk gas menjadi cair.
Gambar 3.2 Kondensor Spesifikasi Kondensor :
Bahan Pipa Refrigeran : Tembaga
Bahan Sirip : Alumunium
Banyak Sirip : 550 buah Jarak antar Sirip : 1 mm
c. Pipa Kapiler
Pipa kapiler mempunyai fungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran cair dari tekanan kerja kondensor ke tekanan kerja evaporator dan mengubah refrigeran dari kondisi cai jenuh menjadi bentuk cair dan gas.
Gambar 3.3 Pipa kapiler
(https://www.bukalapak.com/products/s/pipa-kapiler)
Spesifikasi Pipa Kapiler :
d. Evaporator
Evaporator adalah alat yang digunakan untuk menyerap kalor dari udara yang melewatinya sehingga refrigeran berubah fase dari cair ke gas.
Gambar 3.4 Evaporator Spesifikasi Evaporator :
e. Refrigeran
Refrigeran merupakan fluida kerja pada mesin siklus kompresi uap yang berfungsi mengambil kalor dari evaporator dan membuangnya melalui kondensor. Pada penelitian ini menggunakan refrigeran R22.
Gambar 3.5 Refrigeran R22 f. Pencurah Air
Pencurah air terbuat dari pipa PVC. Bentuk pencurah air seperti tersaji pada Gambar 3.6.
Spesifikasi pencurah air :
Ukuran a : 500 mm
Ukuran b : 100 mm
Jarak antar Lubang : 25 mm
Diameter Lubang Pencurah Air : 1,5 mm
3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Penghasil Air Aki
Beberapa peralatan yang mendukung dalam pembuatan mesin penghasil air aki sebagai berikut :
a. Kayu
Fungsi kayu pada penelitian ini sebagai rangka mesin penghasil air aki. Kayu yang digunakan sebagai rangka adalah kayu sengon.
Gambar 3.7 Kayu sengon
( http://www.antijamur.net/pengawet-kayu-ini-dapat-menambah-5-kali-lipat-keawetan-kayu-sengon-2308.html)
b. Styrofoam
Gambar 3.8 Styrofoam c. Pompa Air
Pompa air yang digunakan pada penelitian ini berfungsi untuk mensirkulasikan aliran air menuju ke pipa pencurah air.
Gambar 3.9 Pompa air Spesifikasi pompa :
d. Pipa PVC
Pipa PVC digunakan untuk mencurahkan air agar udara mempunyai kandungan air yang besar. Jenis pipa PVC yang digunakan adalah maspion dengan ukuran ¾ inchi.
Gambar 3.10 Pipa PVC
(http://hargaper.com/harga-pipa-pvc-terbaru.html)
e. Kipas Kondensor
Kipas kondensor berfungsi untuk mengalirkan udara dari luar kondensor menuju ke ruang pencurah air.
Gambar 3.11 Kipas kondensor
Spesifikasi Kipas Kondensor : Daya Kipas : 35 watt Jumlah Sudu : 3 buah Diameter Sudu Luar : 30 cm
f. Kipas Evaporator
Kipas evaporator diletakkan sesudah evaporator bertujuan untuk mengalirkan udara setelah melewati evaporator menuju keluar dari mesin penghasil air aki.
Gambar 3.12 Kipas evaporator Spesifikasi Kipas Evaporator :
Daya Kipas : 40 watt Jumlah Sudu : 3 buah Diameter Sudu Luar : 7 cm
g. Manifold Gauge
kompresor (berwarna merah). Pada penelitian ini, tekanan masuk kompresor dan tekanan keluar kompresor, mempergunakan satuan tekanan psi.
Gambar 3.13 Manifold gauge
h. Alat dan Bahan Las
Las yang digunakan dalam penelitian ini untuk memasang manifold gauge dan menyambung pipa kapiler.
Gambar 3.14 Tabung las tembaga
i. Alat Bor
Di penelitian ini menggunakan alat bor untuk melubangi pipa PVC. Diameter mata bor yang digunakan sebesar 25 mm.
Gambar 3.15 Alat bor
(http://www.lazada.co.id/beli-bor-listrik/)
3.3 Pembuatan Mesin Penghasil Air Aki
Berikut ini merupakan beberapa langkah-langkah dalam proses pembuatan mesin penghasil air aki :
a. Merancang sketsa mesin penghasil air aki yang akan dipergunakan untuk penelitian.
b. Mempersiapkan kayu sebagai kerangka mesin penghasil air aki.
c. Mempersiapkan komponen-komponen utama seperti kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler, refrigeran R22, serta alat-alat pendukung lainnya seperti alat las dan manifold gauge.
Gambar 3.16 Pemasangan kondensor, kipas kondensor dan styrofoam e. Pemasangan kompresor pada sebelah kondensor dan menyambungkan pipa
kapiler dengan cara pengelasan yang disertai pemasangan manifold gauge.
Gambar 3.17 Pemasangan kompresor dan manifold gauge
f. Langkah selanjutnya memasang evaporator dan kipas evaporator yang telah disiapkan.
g. Setelah komponen utama sudah terpasangkan pada kerangka, maka langkah selanjutnya untuk mengisi refrigeran. Refrigeran merupakan fluida kerja pada mesin penghasil air aki. Refrigeran yang digunakan pada mesin penghasil air aki ini adalah R22. Tekanan refrigeran yang dimasukan dalam siklus ini harus sesuai dengan standar kerja agar mesin dapat bekerja secara maksimal.
Gambar 3.18 Pemasangan pompa air pada atas kerangka
i. Mempersiapkan alat bor dan mata bor. Lakukan pengeboran pada pipa PVC dengan jarak antar lubang 25 mm.
j. Setelah pengeboran dilakukan penyusunan pipa PVC tersebut menjadi satu kesatuan rangkaian pipa.
k. Pemasangan pipa PVC ke dalam mesin penghasil air aki berfungsi untuk mensirkulasikan air yang dihisap oleh pompa dan dikeluarkan ke dalam bak dalam bentuk curah air.
53
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah mesin penghasil air aki. Ukuran mesin penghasil air aki memiliki panjang 190 cm, lebar 75 cm, dan tinggi 90 cm. Mesin penghasil air aki menggunakan daya kompresor 1 PK. Gambar 4.1 menyajikan mesin penghasil air aki yang dipergunakan sebagai objek penelitian.
Gambar 4.1 Mesin penghasil air aki
Gambar 4.1 menyajikan skematik alat penelitian dan tata letak alat ukur yang digunakan dalam penelitian.
a
b
c
d
Keterangan untuk Gambar 4.1 :
a. Twb dan Tdb
Termometer bola basah dan bola kering untuk mengukur kondisi udara luar sebelum masuk ke kondensor.
b. Tb
Termokopel untuk mengukur suhu udara setelah melewati kondensor. c. Tc
Termokopel untuk mengukur suhu udara sebelum melewati evaporator. d. Td
Termokopel untuk mengukur suhu udara setelah melewati evaporator. e. Te
Termokopel untuk mengukur suhu udara setelah melewati kipas evaporator. f. Pin
Pressure gauge untuk mengukur tekanan refrigeran sebelum masuk kompresor (berwarna biru).
g. Pout
Pressure gauge untuk mengukur tekanan refrigeran setelah keluar dari kompresor (berwarna merah).
4.2 Alat Bantu Penelitian
a. Termokopel dan penampil suhu digital
Termokopel berfungsi untuk mengubah perbedaan suhu benda menjadi perubahan tegangan listrik menggunakan sensor suhu. Penampil suhu digital berfungsi untuk menampilkan suhu yang diukur. Gambar 4.2 menyajikan gambar termokopel dan penampil suhu digital.
Gambar 4.2 Termokopel dan penampil suhu digital
( http://id.aliexpress.com/item/New-2014-Digital-Thermometer-K-Type-
Thermocouple-2-Probe-Sensor-Metal-1300C-2372F-Dropship/32262944734.html) b. Stopwatch
Stopwatch berfungsi untuk mengukur waktu yang dibutuhkan dalam mengambil data saat pengujian.
Gambar 4.3 Stopwatch
c. Termometer bola basah dan bola kering
Alat ini berfungsi untuk mengukur kondisi suhu udara sebelum memasuki kondensor.
Gambar 4.4 Termometer bola basah dan bola kering
( http://fastrans22.blogspot.co.id/2013/10/alat-pengukur-cuaca-iklim-dan-cara.html)
d. Gelas Ukur
Gelas ukur berfungsi untuk mengukur hasil air destilasi (air aki) yang didapatkan dalam penelitian.
Gambar 4.5 Gelas ukur
4.3 Alur Penelitian
Pada Gambar di bawah ini menunjukan diagram alur pembuatan dan penelitian mesin penghasil air aki.
4.4 Variasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan cara menvariasikan kondisi kipas evaporator. Air aki yang diperoleh dicatat untuk setiap variasinya. Demikian juga dengan data-data yang diperlukan untuk menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram P-h dan proses siklus udara pada diagram psychrometric chart. Pada penelitian ini menggunakan 5 variasi yaitu kipas off dan pancuran off, kipas on dan pancuran on, kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air, kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air, kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air.
4.5 Cara Pengambilan Data
Cara pengambilan data pada penelitian menggunakan proses sebagai berikut :
a. Menyiapkan termokopel dan termometer bola basah dan bola kering.
b. Memasang termokpel dan termometer bola basah dan bola kering pada tempat yang sudah ditentukan.
c. Menghidupkan mesin penghasil air aki terlebih dahulu sebelum melakukan pengambilan data agar kompresor bekerja secara optimal.
d. Pencatatan dalam proses pengambilan data : Pin : Tekanan refrigeran masuk kompresor.
Pout : Tekanan refrigeran keluar kompresor.
TwbA : Temperatur bola basah udara sebelum masuk ke kondensor.
Tb : Temperatur bola kering udara setelah melewati kondensor.
Tc : Temperatur bola kering udara sebelum melewati evaporator.
Td : Temperatur suhu udara setelah melewati evaporator.
Te : Temperatur suhu udara setelah melewati kipas evaporator.
V : Volume air yang dihasilkan.
Tabel 4.1 Tabel pencatatan hasil pengukuran tekanan dan volume air
4.6 Cara Mengolah Data
Prosedur pengolahan data dan pembahasan yang digunakan selama penelitian berlangsung :
a. Data yang diperoleh dalam pengambilan data dimasukan pada Tabel 4.2 dan menghitung rata-rata dari 3 kali percobaan.
b. Rata-rata dari hasil setiap penelitan akan digunakan untuk mencari temperatur refrigeran ketika melewati kondensor dan evaporator.
c. Mencari rata-rata karakteristik dari mesin penghasil air aki dengan menggunakan psychrometric chart dan P-h Diagram dengan memasukan data TwbA, TdbA, Tb, Tc, Td, dan Te,
d. Setelah mendapatkan data-data karakteristik dari mesin penghasil aki maka untuk memudahkan pembahasan dari hasil perhitungan akan digambarkan pada grafik.
4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan dan Saran
61
BAB V
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil Penelitian
Dari hasil penelitian mesin penghasil air aki menggunakan siklus kompresi uap dengan variasi kondisi awal kipas setelah evaporator pada posisi on, kondisi kipas setelah evaporator off, dan membandingkan tidak menggunakan pencurah air meliputi : (Ta) kelembaban udara kering (Tdb) dan kelembaban udara basah
sebelum melewati kondensor (Twb), kondisi udara setelah kondensor (Tb), kondisi
udara sebelum masuk ke evaporator (Tc), kondisi udara setelah melewati
evaporator (Td), kondisi udara setelah kipas evaporator (Te), tekanan refrigeran
pada evaporator (Pevap), tekanan refrigeran pada kondensor (Pkond) dan dilakukan
pengujian selama 3 kali setiap variasi kemudian menghitung rata-ratanya. Tabel 5.1 Hasil data rata-rata dari percobaan tanpa pancuran dan tanpa kipas
Tabel 5.2 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on dengan pancuran air
Tabel data 5.4 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on/off setiap 10 menit
Tabel data 5.5 Hasil data rata-rata dari percobaan kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air
5.2 Perhitungan Siklus Kompresi Uap a. p-H Diagram
penggambaran pada P-h diagram yaitu suhu kerja kondensor (Tkond), suhu kerja
evaporator (Tevap), nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator (h1), nilai entalpi
refrigeran saat masuk kondensor (h2), nilai entalpi refrigeran saat keluar
kondensor (h3), dan nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator (h4).
Perhitungan dalam mencari suhu kerja kondensor (Tkond) dan suhu kerja
evaporator (Tevap) menggunakan data dari penelitian yaitu, Pout dan Pin. Dalam
penelitian ini data yang diperoleh menggunakan satuan psi. Sebelum digambarkan pada P-h diagram data Pout dan Pin diubah menjadi tekanan absolut dengan satuan
bar dapat dikonversikan dengan cara : Pin = (77 + 14,7) psi x 0,0689476
= 6,322 bar
Pout = (447,5 + 14,7) psi x 0,0689476
= 31,867 bar
Tabel 5.6 Hasil 5 variasi yang telah dikonversikan dari satuan psi ke satuan bar
Setelah melakukan konversi satuan psi ke satuan bar, maka dapat membuat P-h diagram dan mengP-hasilkan data-data entalpi seperti : suP-hu kerja kondensor (Tkond), suhu kerja evaporator (Tevap), nilai entalpi refrigeran saat keluar
evaporator (h1), nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (h2), nilai entalpi
refrigeran saat keluar kondensor (h3), dan nilai entalpi refrigeran saat masuk
evaporator (h4).
Gambar 5.1 P-h diagram dengan variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air
Dari P-h diagram yang telah disajikan pada Gambar 5.1, dengan variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air selama 1 jam dapat menghasilkan data suhu kerja kondensor (Tkond), suhu kerja evaporator (Tevap), dan nilai-nilai entalpi
keluar evaporator (h1), nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (h2), nilai
entalpi refrigeran saat keluar kondensor (h3), dan nilai entalpi refrigeran saat
masuk evaporator (h4).
Tabel 5.7 Nilai-nilai entalpi refrigeran siklus kompresi uap dari 5 variasi
No Variasi h1 h2 h3 h4
Tabel 5.8 Nilai suhu kerja kondensor dan evaporator dari 5 variasi
No Variasi Suhu ( mengetahui kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin), energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), COPaktual, COPideal dan efisiensi
siklus kompresi uap (). Contoh perhitungan diambil dari variasi kipas on/off
1. Menghitung kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
Besarnya kerja kompresor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.1) yaitu Win = h2 – h1 (kJ/kg). Contoh perhitungan untuk Win dapat diambil pada variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air.
Win = h2 - h1 (kJ/kg)
Win = (449 – 409) kJ/kg Win = 40 kJ/kg
Tabel 5.9 menyajikan nilai Winuntuk keseluruhan variasi penelitian. Tabel 5.9 Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
No Variasi h1 h2 Win
kJ/kg kJ/kg kJ/kg
1 Kipas off dan Pancuran off 407 450 43
2 Kipas on dan pancuran on 408 448 40
3 Kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran
air 404 448 44
4 Kipas on/off setiap 10 menit dengan
pancuran air 407 449 42
5 Kipas on/off setiap 15 menit dengan
pancuran air 409 449 40
Tabel 5.10 menyajikan nilai Qout untuk keseluruhan variasi penelitian. Tabel 5.10 Nilai energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa
refrigeran (Qout)
3. Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) Jumlah energi kalor yang diserap oleh evaporator dapat dihitung dengan Persamaan 2.3 yaitu Qin = h1 – h4 =h1 – h3 (kJ/kg). Contoh perhitungan untuk Qin dapat diambil pada variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air.
Qin = h1 – h4 = h1 – h3 (kJ/kg)
Qin = (409 – 300) kJ/kg Qin = 109 kJ/kg
Tabel 5.11 menyajikan nilai Qin untuk keseluruhan variasi penelitian.
4. COPaktual
Jumlah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) yaitu COPaktual = Qin / Win = (h1 – h4) / (h2 – h1). Contoh
Tabel 5.12 menyajikan nilai COPaktual untuk keseluruhan variasi penelitian.
Tabel 5.12 COPaktual mesin penghasil air aki
5. COPideal
Koefisien prestasi ideal (COPideal) dapat dihitung dengan Persamaan 2.5 yaitu
COPideal = (Te ) / ( Tc – Te). Contoh perhitungan untuk COPideal dapat diambil pada
variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air. Tabel 5.13 menyajikan nilai COPideal untuk keseluruhan variasi penelitian.
COPideal = (Te) / (Tc – Te)
COPideal = (72,85 + 273,15) / ((72,85 + 273,15) – (8,18 + 273,15))
COPideal = 5,35
Tabel 5.13 COPideal mesin penghasil air aki
No Variasi
6. Efisiensi mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan dalam mesin penghasil air aki (Ƞ)
Efisiensi mesin penghasil air aki dapat dihitung dengan menggunakan
Persamaan (2.6) yaitu Ƞ = (COPAktual / COPIdeal) x 100%. Contoh perhitungan
untuk efisiensi mesin penghasil air aki dapat diambil pada variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air. Tabel 5.14 menyajikan nilai efisiensi untuk keseluruhan variasi penelitian.
Ƞ = (COPAktual/ COP Ideal) x 100 %
Tabel 5.14 Efisiensi mesin penghasil air aki (Ƞ) disajikan pada Gambar 5.2 (untuk variasi ke-5).
Te Tdb Tc Tb
Gambar 5.2 Psychrometric chart dari variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air
Perhitungan pada psychrometric chart
1. Laju pengembunan (ma ir
)
Laju pengembunan dapat diketahui dari data di lapangan, dengan diketahui massa air pengembunan yang dihasilkan di dalam gelas ukur selama selang waktu
tertentu. Contoh data untuk laju pengembunan dengan kondisi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air.
a ir
2. Perhitungan massa air yang berhasil diembunkan (Δw)
Perhitungan massa air yang berhasil diembunkan dapat dihitung menggunakan
Persamaan (2.8) yaitu Δw = wb – wa, kgair/kgudara. Contoh perhitungan untuk
perhitungan massa air yang berhasil diembunkan dari variasi kipas on/off setiap 15 menit dengan pancuran air.
Δw = wb– wa, kgair/kgudara
Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.9) yaitu muda r a
=
a ir
m / Δw , kgudara/jam. Contoh perhitungan laju aliran massa udara dari variasi
uda r a
Tabel 5.15 Hasil perhitungan psychrometric chart dari 5 variasi
5.3 Pembahasan
Dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh hasil pada P-h diagram dan psychrometric chart. Hasil yang diperoleh dari P-h diagram meliputi, nilai kerja kompresor (Win), nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh
kondensor (Qout), nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh
evaporator (Qin), Coefficient of Performance Actual (COPaktual), Coefficient of
performance Ideal (COPideal), nilai efisiensi (η), dan rata-rata air yang diperoleh
dari 5 variasi penelitian. Untuk mempermudah melihati perbandingan-perbandingan dari setiap variasi dapat dilihat pada Gambar 5.3 – Gambar 5.9.
Gambar 5.3 Perbandingan Win dari 5 variasi
Pada Gambar 5.3 perbandingan grafik Win (kJ/kg) dari 5 variasi diperoleh
data yang tertinggi yaitu kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air yang mempunyai nilai Win yaitu 44 kJ/kg dan data terendah pada grafik ini yaitu kipas
Gambar 5.4 Perbandingan Qout dari 5 variasi
Dari Gambar 5.4 perbandingan Qout kJ/kg dari 5 variasi diperoleh data grafik
yang tertinggi yaitu kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air yang mempunyai nilai Qout yaitu 163 kJ/kg dan data terendah yaitu kipas off dengan
Gambar 5.5 Perbandingan Qin dari 5 variasi
Dari Gambar 5.5 perbandingan Qin kJ/kg dari 5 variasi diperoleh data
tertinggi yaitu kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air yang mempunyai nilai Qin yaitu 121 kJ/kg dan terendah yaitu kipas off dan pancuran off yang
Gambar 5.6 Perbandingan COPaktual dari 5 variasi
Dari Gambar 5.6 Perbandingan COPaktual dari 5 variasi diperoleh data
tertinggi yaitu kipas on dan pancuran on yang mempunyai nilai COPaktual yaitu
Gambar 5.7 Perbandingan COPideal dari 5 variasi
Dari Gambar 5.7 Perbandingan COPideal dari 5 variasi diperoleh data
tertinggi yaitu kipas on dan pancuran on yang mempunyai nilai COPideal yaitu 5,48
dan data terendah yaitu kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air dan kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air yang mempunyai nilai COPideal yaitu
Gambar 5.8 Perbandingan efisiensi (Ƞ) dari 5 variasi
Dari Gambar 5.8 Perbandingan efisiensi (Ƞ) dari 5 variasi diperoleh data
tertinggi yaitu kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air yang memiliki
nilai efisiensi (Ƞ) yaitu 55,90% dan data terendah yaitu kipas off dan pancuran off
Gambar 5.9 Perbandingan kelembaban spesifik (Δw) dari 5 variasi
Dari Gambar 5.9 perbandingan kelembaban spesifik (Δw) dari 5 variasi diperoleh data tertinggi yaitu kipas on/off setiap 5 menit dengan pancuran air yang memiliki nilai Δw yaitu 0,0161 kgair/kgudara dan data terendah yaitu kipas on dan
82
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian mesin penghasil air aki yang telah dilakukan, diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :
a. Mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap berhasil dibuat dan dapat bekerja sesuai yang diharapkan. Nilai tertinggi yang diperoleh dari mesin penghasil air aki yaitu COPaktual : 3,05 (kipas on dan pancuran on), COPideal :
5,48 (kipas on dan pancuran on), dan Efisiensi : 55,90% (kipas on/off setiap 10 menit dengan pancuran air).
6.2 Saran
Beberapa saran yang dapat dijadikan pengembangan dan perbaikan, terkait daya penelitian yang telah dilakukan :
a. Merancang ulang kerangka mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap dengan mempergunakan mesin yang baru agar diperoleh data penelitian lebih baik.
b. Untuk memaksimalkan jumlah air aki yang dihasilkan suhu kerja kondensor dapat dibuat lebih tinggi dan suhu kerja evaporator dapat dibuat lebih rendah. c. Jumlah lubang yang berada pada pipa PVC dapat diperbanyak agar kandungan
DAFTAR PUSTAKA
Anti Jamur, “Pengawet Kayu Ini Dapat Menambah 5 Kali Lipat Keawetan Kayu
Sengon”,
http://www.antijamur.net/pengawet-kayu-ini-dapat-menambah-5-kali-lipat-keawetan-kayu-sengon-2308.html (diakses 23 Mei 2017).
Anwar, Khairil., 2010, Efek beban Pendingin Terhadap Kinerja Sistem Mesin Pendingin.
Bpp Tegal, “Artikel Permesinan Kapal Perikanan Dan Dasar-Dasar Refrigerasi”,
http://www.bppp-tegal.com/web/index.php/artikel/97-artikel/artikel-permesinan-kapal-perikanan/166-dasar-dasar-refrigerasi (diakses 22 Mei 2017).
BukaLapak.com, “Macam-Macam Ukuran Pipa Kapiler Siklus Kompresi Uap”,
https://www.bukalapak.com/products/s/pipa-kapiler (diakses 23 Mei 2017).
Emsteknik, “Macam-Macam Kompresor Torak Hermetik Siklus Kompresi Uap”,
http://www.emsteknik.com/FileUpload/bs370572/UrunResim/11937301.jpg
(diakses 22 Mei 2017).
Hamparan Mandiri, “Macam-Macam Jenis Kompresor Torak Semi Hermetik”,
https://hamparanmandiri.wordpress.com/2013/09/08/macam-macam-jenis-kompresor-ac/(diakses 22 Mei 2017).
Indiamart, “Kompresor Semi Hermetik”,
https://dir.indiamart.com/impcat/semi-hermetic-compressors.html (diakes 22 Mei 2017).
Karyanto, E dan Emon Pariangga., 2005, Teknik Pendingin, Volume 1, Jakarta : Penerbit CV Restu Agung.
Kemas, Ridhuan dan I Gede, Angga., 2010, Pengaruh Media Pendingin Air Pada Kondensor Terhadap Kerja Mesin Pendingin, Metro Universitas Muhammadiyah.
Stoecker, WF., 1987, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Penerbit Erlangga. Suma A, Enang., 2013, Mengetahui Pengaruh Tekanan Kerja Kompresor
Terhadap Efek Pendingin.
Sumanto., 2004, Dasar-dasar Mesin Pendingin, Yogyakarta : Andi Offset.
Lina Sundari Termodinamika, “Evaporator Kering/Dry Expantion Evaporator”,
http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/evaporator.html
(diakses 22 Mei 2017).
Teknik Mesin, “Artikel Teknik Mesin”,
http://teknikmesin.org/konstruksi-kompresor-sekrup/ (diakses 22 Mei 2017)
Wikipedia, “Distilasi”, Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan
