Laporan Praktikum Mesin Pendingin BAB I PENDAHULUAN

(1)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan hidup manusia semakin berkembang. Diantaranya adalah kebutuhan akan udara bersih dan segar pada daerah yang memiliki suhu udara yang relatif tinggi. Panas yang membuat orang menjadi gerah berada di dalam ruangan pada saat bekerja menjadikan suatu inspirasi bagi para ilmuwan untuk menciptakan alat yang bisa memberikan kesegaran udara di sekitarnya. Oleh karena itu diciptakan alat “air conditioning”.

Kebutuhan akan mesin pendingin yang akhir-akhir ini meningkat, menyebabkan adanya permintaan yang sangat banyak mengenai tenaga-tenaga yang memiliki kemampuan dasar tentang prinsip kerja mesin pendingin.

Secara umum mesin pendingin mempunyai prinsip kerja yaitu dengan cara refrigerant yang berada di dalam kompresor dinaikkan tekanannya sampai menjadi gas. Kemudian zat refrigerant itu dialirkan ke dalam kondensor untuk diubah menjadi cair untuk selanjutnya dialirkan ke dalam katup ekspansi. Setelah melewati katup ekspansi kemudian zat refrigerant itu di ekspansikan ke dalam evaporator dalam keadaan gas untuk mengambil panas dari lingkungan untuk selanjutnya diteruskan ke kompresor demikian seterusnya. Prinsip kerja dari mesin pendingin dapat diaplikasikan untuk proses pengawetan, penyerapan kalor dari bahan-bahan kimia pada industri petrokimia, perminyakan serta industri lain.

1.2 Rumusan Masalah

Pada laporan ini rumusan masalah yang akan dibahas adalah :

1. Berapakah besarnya COP total dari seluruh instalasi mesin pendingin, energi yang hilang dari setiap potongan duct, dan efisiensi ketel sebagai komponen pelengkap instalasi P.A. HILTON.

2. Berapakah besarnya kapasitas pendinginan, COP berdasarkan siklus refrigerant, dan efisiensi dari evaporator sebagai komponen utama heat exchanger.

(2)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 1.3 Batasan Masalah

Untuk lebih mengarahkan praktikum yang dilakukan, maka ada beberapa masalah yang perlu dibatasi. Batasan-batasan tersebut adalah :

1. Tidak membahas secara lebih spesifik mengenai gesekan yang terjadi dalam saluran (duct) yang berpengaruh terhadap losses yang terjadi.

2. Tidak dibahas secara detail mengenai perpindahan panas antara saluran (duct) dengan lingkungan.

1.4 Maksud dan Tujuan Praktikum A. Dari Air Flow Duct

Dengan prinsip-prinsip psykrometri dan keseimbangan energi dapat ditemukan:

1. Perubahan sifat-sifat udara sepanjang duct dalam Diagram Psykrometri. 2. C.O.P total dari seluruh instalasi Mesin Pendingin.

3. Energi hilang pada setiap potongan duct.

4. Efisiensi kernel sebagai komponen yang instalasi P.A. HILTON B. Dari siklus Refrigerant

1. Siklus refrigerant R-22 aktual.

2. Kapasitas pendinginan (Refrigerating Capasity) 3. C.O.P berdasarkan Siklus Refrigerant.

4. Gabungan dengan data dari Air Flow Ducts dapat mengetahui efisiensi dari evaporator yang merupakan komponen utama dalam proses Heat Exchanger.

1.5 Manfaat Praktikum

Dengan melaksanakan praktikum mesin pendingin ini, akan dapat memahami dan mengenal proses serta siklus-siklus termodinamika yang terjadi dan dapat mengetahui komponen yang terlibat di dalamnya sehingga praktikan dapat mengetahui pengaruh-pengaruhnya dalam unjuk kerja mesin.

(3)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika dari penulisan laporan ini adalah sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini membahas mengenai hal-hal yang bersifat umum dalam suatu karya ilmiah, yang meliputi latar belakang masalah, batasan masalah, maksud dan tujuan praktikum, manfaat praktikum, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas teori-teori yang digunakan sebagai dasar untuk pembahasan bab-bab selanjutnya meliputi definisi mesin pendingin, dasar pengkondisian udara mesin pendingin, fungsi alat, dan macam – macam alat. BAB III PELAKSANAAN PERCOBAAN

Bab ini membahas mengenai instalasi mesin pendingin, pengkondisian udara, spesifikasi peralatan, pelaksanaan percobaan.

BAB IV PENGOLAHAN DATA

Hal-hal yang dibahas dalam bab ini meliputi perhitungan data dan pembahasan data yang diperoleh selama pelaksanaan percobaan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan yang didapatkan dari pembahasan yang telah dilakukan serta saran yang diajukan oleh praktikan kepada laboratorium setelah pelaksanaan praktikum selesai dikerjakan.

(4)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Definisi Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah mesin konversi energi yang memindahkan kalor dari reservoir bertemperatur rendah menuju reservoir bertemperatur tinggi. Secara jelasnya, mesin pendingin merupakan peralatan yang digunakan dalam proses pendinginan suatu materi (fluida) sehingga mencapai temperatur dan kelembapan yang diinginkan dengan jalan menyerap panas (kalor) dari materi (fluida) yang dikondisikan atau dari reservoir bertemperatur rendah menuju reservoir bertemperatur tinggi dengan bantuan kerja dari luar untuk mendapatkan efek pendinginan.

2.2 Mesin Pendingin

2.2.1 Sejarah Mesin Pendingin

Perkembangan siklus refrigerant dan mesin pendingin merintis jalan bagi pertambahan dan penggunaan mesin penyegar udara (air conditioning). Teknologi ini dimulai oleh Cagnicered De La Tour (Perancis,1832) kemudian dilanjutkan oleh Hurprey Day dan asistennya M.Faraday (Inggris,1824) lalu Josep M.C.Credy (Amerika,1887) yang pertama membuat instalasi mesin pendingin yang dinamakan mesin pencuci udara (air washer) yaitu sistem pendingin yang menggunakan gerakan air, sedangkan Dr. Willis Houlan Carrier (Amerika, 1906) membuat alat pengukur temperatur dengan kelembapan udara yang kemudian dipatenkan pada tahun 1911.

Pada peralihan abad 19 sampai dengan abad 20, kompresor digerakkan oleh uap dengan kecepatan maksimal serpid. Pada tahun 1990 industri refrigerasi kental diwarnai peralihan dari konsumsi es alami ke es buatan dan persaingan antara kedua produk tersebut sekitar 15 tahun.

Air conditioning dngan kapasitas 450 ton untuk pertama kalinya dipasang di New York Exchange dan sistem yang sama pada waktu yang hampir sama dipasang di sebuah gedung teater di Jerman. Tahun 1905 Garder T Forness mempatenkan kompresor temuannya dimana gas refrigerant dari 2 buah evaporator dengan tekanan berbeda bisa ditarik dan ditekan dalam satu

(5)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014

silinder tunggal. Menariknya, penemuan itu baru dikembangkan 40 tahun kemudian. Memasuki tahun 1911 kecepatan kompresor meningkat menjadi 100-300 rpm dan pada tahun 1915 untuk pertama kalinya kompresor dua tingkat dioperasikan. Sistem ini masih belum bisa sempurna dan dipakai pada tahun 1940. Setelah perang dunia pertama biro standar Amerika membuat rumusan yang akurat untuk panas laten es sehingga sistem perancangan jet mulai digunakan pada industri minyak.

2.2.2 Macam Mesin Pendingin

Berdasarkan penggunaannya, mesin pendingin dibedakan menjadi 3 macam, yaitu :

1. Air conditioner

Untuk mempertahankan kelembapan relatif di dalam suatu ruangan, sehingga diperoleh kesegaran serta kenyamanan. Mesin ini banyak digunakan pada laboratorium, tempat tinggal, kantor, dll

2. Cold storage

Mesin ini digunakan untuk menjaga kestabilan temperatur ruangan (menjaga temperatur dan kelembapan). Berfungsi untuk menyimpan bahan makanan dan minuman, alat kedokteran, dan yang lainnya.

3. Freezer

Mesin ini berfungsi untuk mendapatkan temperatur yang sangat rendah dan biasanya mencapai 00 C. Digunakan pada pembuatan es, untuk pengawetan daging, ikan, dan lainnya.

Menurut cara kerjanya, mesin pendingin dibagi menjadi : a. Mesin pendingin dengan siklus kompresi uap

Mesin ini menggunakan kompresor untuk menaikkan tekanan uap zat pendingin dari evaporator kemudian mendorongnya ke dalam kondensor agar mudah diembunkan. Siklus pada mesin ini hampir menggunakan kebalikan dari siklus rankine, perbandingannya adalah siklus ini menggunakan klep yang menghasilkan penurunan tekanan secara isoenthalpy.

(6)

Gambar 2.1 Sistem Pendinginan Kompresi Uap

Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara (W.F.Stoecker,1992 : 187)

b. Mesin pendingin dengan siklus pendinginan absorbsi

Mesin ini menggunakan zat penyerap, generator, dan absorbsi fluida. Kerja sistem zat pendingin yang bertekanan rendah dihisap oleh larutan cair dalam absorber. Proses absorbsi dilakukan secara adiabatis, suhu larutan naik dan absorbsi uap akan berhenti. Untuk mengaitkan proses absorbsi, absorber didinginkan oleh udara atau air lalu melepas kalor ke udara bebas. Lalu dipompakan ke tekanan tinggi. Di dalam generator uap dikeluarkan dan larutan penyerap dengan menambahkan kalor. Larutan cairan dikembalikan ke absorber melalui katup throttle untuk menurunkan tekanan.

Gambar 2.2 Sistem Pendinginan Absorbsi

Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara (W.F.Stoecker,1992 : l87)

1.2.3 Fungsi Mesin Pendingin

Secara umum mesin pendingin mempunyai fungssi sebagai berikut : 1. Menjaga temperatur udara yang berada pada suatu ruang

2. Menyimpan bahan makanan agar tidak cepat membusuk 3. menyerap kalor yang ada pada suatu ruangan

(7)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 1.2.4 Bagian Utama Mesin Pendingin Kompresi Uap

1. Kompresor

Alat yang digunakan untuk mengkompresikan refrigerant (zat pendingin) yang berbentuk uap ke dalam kondensor sehingga tekanannya naik dan mudah diembunkan.

a. Kompresor positif

Gas masuk ke dalam silinder dan dikompresikan b. Kompresor dinamik

Gas yang dihisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeler yang kemudian merubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan

Kompresor dapat digolongkan berdasarkan spesifikasinya antara lain : 1. Berdasarkan metode kompresi terbagi menjadi 2 jenis yaitu :

a. Metode kompresi positif dibagi menjadi 4 yaitu : - Kompresi torak bolak-balik

Gambar 2.3 Kompresi torak bolak-balik

Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 127)

- Kompresi tingkat gan da bolak-balik

Gambar 2.4 Kompresi tingkat ganda bolak-balik Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 129)

(8)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 - Kompresor putar

Gambar 2.5 Mekanisme Kompresor Putar

Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 127)

- Kompresor Sekrup

Gambar 2.6 Mekanisme Kompresor Sekrup Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 131)

b. Metode Kompresi sentrifugal dibagi menjadi 2 jenis, yaitu : - Kompresor sentrifugal tunggal

- Kompresor sentrifugal tingkat ganda 2. Penggolongan berdasarkan bentuk :

- Kompresor vertikal - Kompresor horizontal - Kompresor sumbu banyak

3. Penggolongan berdasarkan kecepatan putar : - Jenis kecepatan tinggi

- Jenis kecepatan rendah

4. Penggolongan berdasarkan refrigerant - Kompresor amonia

(9)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 - Kompresor CO2

5. Penggolongan berdasarkan konstruksi - Jenis terbuka

- Jenis hermetik

Pada dasarnya kompresor hermetik hampir sama dengan kompresor semi hermetik. Perbedaannya terletak pada penyambungan rumah baja kompresor dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor jenis semi hermetik rumah tersebut terbuat dari besi tuang dan bagian penutup dan penyambungnya masih dapat terbuka. Sebaliknya kompresor hermetik rumah kompresor dibuat dari baja dengan sambungan las sehingga tidak dapat terbuka.

Gambar 2.7 Kompresor Hermetik Sumber : Anonymous 1 : 2013

2. Kondensor

Alat yang berfungsi untuk mengubah refrigerant (zat pendingin) yang mempunyai fase/wujud uap menjadi cair pada tekanan konstan (sebagai alat pengembun refrigerant). Kondensor dibagi menjadi 4, yaitu :

a. Kondensor tabung dan pipa horizontal

Banyak digunakan pada unit pendinginan air dan penyegar udara baik untuk amonia maupun freon. Untuk amonia pipa pendingin biasanya terbuat dari pipa baja. Sedangkan pada freon pipa pendingin menggunakan pipa tembaga. Jika dikehendaki adanya ketahanan korosi sebaiknya digunakan pipa kuningan atau cupro nikel dan pelat pipa kuningan.

(10)

Gambar 2.8 Kondensor tabung dan pipa horizontal Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 150)

b. Kondensor tabung dan pipa coil

Banyak digunakan pada unit freon sebagai refrigerant berkapasitas kecil misal pada penyegar udara jenis paket pendinginan air dan sebagainya. Pipa pendinginan terbuat dari tembaga dengan atau tanpa sirip. Pipa itu mudah dibuat dan harganya murah.

Gambar 2.9 Kondensor tabung dan koil

Sumber : Penyegaran Udara,(Wiranto Aris, 2002 : 151)

c. Kondensor jenis pipa ganda

Merupakan susunan dari dua pipa koaksial yang dipakai pada pipa refrigerasi berkapasitas rendah dan freon sebagai refrigerant-nya. Digunakan pipa dalam dan pipa luar terbuat dari pipa tembaga dan bersirip.

(11)

Gambar 2.10 Kondensor Jenis Pipa Ganda Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 152)

d. Kondensor Pendingin Udara Koil Bersirip Pelat

Terdiri dari koil pipa pendingin bersirip pelat dengan sirip alumunium atau pipa tembaga dan sirip tembaga.

Gambar 2.11 Kondensor Pendingin Udara Koil Bersirip Pelat Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 152)

3. Katup Ekspansi

Mempunyai fungsi untuk menguapkan cairan refrigerant agar mudah menguap jika mendapat panas. Ada 3 jenis katup ekspansi, yaitu :

(12)

a. Katup Ekspansi Otomatik Termostatik Jenis Pengaman

Gambar 2.12 Katup Ekspansi Otomatik Termostatik Jenis Pengaman Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 163)

b. Katup Ekspansi Manual

Adalah katup ekspansi dengan throttle yang diatur secara manual yaitu menggunakan katup jarum yang berbeda dengan katup stop biasa.

Gambar 2.13 Katup Ekspansi Manual

(13)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 c. Katup ekspansi tekanan konstan

Katup digerakkan oleh tekanan evaporator untuk mempertahankan tekanan konstan di evaporator.

Gambar 2.14 Katup Ekspansi Tekanan Konstan Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 163)

4. Evaporator

Berfungsi untuk menyerap panas dari udara luar sehingga refrigerant berubah fase menjadi uap. Evaporator dibagi dalam beberapa golongan sesuai dengan refrigerant yang ada di dalamnya, yaitu :

a. Jenis ekspansi kering

Cairan yang diekspansikan melalui katup ekspansi pada waktu masuk ke dalam evaporator sudah dalam keadaan campuran dengan uap sehingga keluar dari evaporator dalam keadaan kering.

b. Jenis setengah basah

Evaporator dengan kondisi refrigerant antara evaporator jenis ekspansi kering dan evaporator jenis basah. Dalam evaporator jenis basah selalu ada refrigerant dalam pipa penguapannya.

c. Basah

Dalam evaporator ini sebagian besar evaporator terdiri oleh cairan refrigerant.

(14)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 a. Evaporator Tabung Dan Koil

Dipakai pada mesin pendingin kecil. Terdapat pipa koil tunggal atau pipa ganda di dalam sebuah silinder.

Gambar 2.15 Evaporator Tabung Dan Koil Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 157)

b. Evaporator Tabung Dan Pipa Jenis Ekspansi Kering

Menggunakan banyak pipa yang dipasang di dalam tabung seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.16 Evaporator Tabung Dan Pipa Jenis Ekspansi Kering Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 157)

c. Evaporator Kecil Dengan Pendingin Udara

Terdiri dari pipa koil bersirip di bagian luarnya. Ada 2 macam koil dengan pendinginan udara ekspansi langsung. Pada ekspansi

(15)

langsung refrigerant diuapkan langsung di pipa evaporator. Sedangkan pada ekspansi tak langsung udara didinginkan dulu oleh refrigerant.

Gambar 2.17 Evaporator Kecil Dengan Pendingin Udara Sumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 160)

1.2.5 Siklus Mesin Pendingin

Siklus termodinamika mesin pendingin yang ideal adalah siklus mesin carnot terbalik, tetapi siklus ini sulit untuk dicapai.

Gambar 2.18 : Diagram T-S Siklus Mesin Pendingin

Keterangan :

1 - 2 : kompresi adiabatis reversible dari Tb ke Ta

2 - 3 : proses pelepasan panas pada temperatur dan tekanan konstan 3 - 4 : proses ekspansi secara isentropik

4 - 1 : proses penguapan refrigerant pada temperatur dan tekanan konstan Untuk siklus pendingin aktual dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

(16)

Gambar 2.19 : Siklus Aktual Mesin Pendingin

Keterangan :

1 - 2 : kompresi adiabatis reversible di kompresor 2 - 3 : proses pelepasan panas pada tekanan konstan

(proses kondensasi pada kondensor)

3 - 4 : proses ekspansi secara isoenthalpy pada expansion valve

4 - 1 : proses penyerapan panas secara isobaris dan penguapan refrigerant yang berlangsung secara isobaris pada evaporator

Pada komponen-komponen mesin pendingin terjadi perubahan-perubahan, yaitu :

- pada kompresor (1 - 2)

- Enthalpy, tekanan, dan temperatur naik - entropy konstan

- perubahan fase dari uap jenuh ke uap panas lanjut - pada kondensor (2 - 3)

- Enthalpy dan temperatur turun - tekanan konstan

- perubahan fase dari uap panas lanjut ke cair jenuh - terjadi pelepasan kalor

- pada expansion valve (3 - 4) - Enthalpy konstan

- entropy naik

- perubahan fase dari cair jenuh menjadi uap basah - pada evaporator (4 - 1)

(17)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 - Enthalpy dan entropy naik

- perubahan fase dari uap basah menjadi uap jenuh

Pada siklus aktual terjadi penyimpangan-penyimpangan yang disebabkan oleh :

- Sub cooling, terjadi karena jumlah panas yang diambil dari refrigerant oleh air pada kompresor terlalu berlebihan sehingga menyebabkan penyimpangan dari titik 3 ke 3’.

- Superheating, terjadi karena jumlah panas yang diserap oleh refrigerant terlalu banyak sehingga terjadi penyimpangan dari titik 1 ke 1’.

- Pressure drop pada kondensor dan evaporator, terjadi karena uap refrigerant masuk ke ruang yang lebih besar, adanya losses akibat belokan, gesekan antara fluida dan dinding pipa, kebocoran, atau isolasi yang kurang baik pada saluran atau pompa sehingga proses tidak isobarik.

Gambar 2.20 : Daur kompresi uap nyata dibandingkan dengan daur standar Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara (W.F.Stoecker,1992 : 191)

1.2.6 AC Central

AC central sistem pendinginan ruangan yang dikontrol dari satu titik atau tempat dan didistribusikan secara terpusat ke seluruh isi gedung dengan kapasitas yang sesuai dengan ukuran ruangan dan isinya dengan menggunakan saluran udara/ducting ac.

(18)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 Gambar 2.21 Ducting AC Sumber : Anonymous 2 : 2013

Secara garis besar sistem AC central terbagi atas beberapa komponen, yaitu : 1. Chiller/condencing unit/outdoor ac

Pada unit pendingin atau chiller yang menggunakan sistem kompresi uap, komponennya terdiri dari kompresor, kondensor, alat ekspansi, dan evaporator. Pada chiller biasanya tipe kondensornya adalah water-cooled kondensor. Air untuk mendinginkan kondensor dialirkan melalui pipa yang kemudian outputnya didinginkan kembali secara evaporative cooling pada cooling tower.

Pada komponen evaporator, jika sistemnya indirect cooling maka fluida yang didinginkan tidak langsung udara melainkan air yang dialirkan melalui sistem pemipaan. Air yang mengalami pendinginan pada evaporator dialirkan menuju sistem penanganan udara (AHU) menuju koil pendingin.

(19)

Gambar 2.22 Chiller AC Central Sumber : Anonymous 3 : 2013

2. AHU (Air Handling Unit)

Prinsip kerja secara sederhana pada unit penanganan udara ini adalah menyedot udara dari ruangan (return air) yang kemudian dicampur dengan udara segar dari lingkungan (fresh air) dengan komposisi yang bisa diubah-ubah sesuai keinginan. Campuran udara tersebut masuk menuju AHU melewati filter, fan sentrifugal dan koil pendingin. Setelah itu udara yang telah mengalami penurunan temperatur didistribusikan secara merata ke setiap ruangan melewati saluran udara (ducting) yang telah dirancang terlebih dahulu sehingga lokasi yang jauh sekalipun bisa terjangkau.

AHU memiliki beberapa komponen yang ada di dalamnya antara lain :

a. Filter

Merupakan penyaring udara dari kotoran, debu, atau partikel-patikel lainnya sehingga diharapkan udara yang dihasilkan lebih bersih. b. Centrifugal Fan

Merupakan kipas/blower sentrifugal yang berfungsi untuk mendistribusikan udara melewati ducting menuju ruangan-ruangan. c. Koil Pendingin

Merupakan komponen yang berfungsi untuk menurunkan temperatur udara.

(20)

Beberapa kelemahan dari sistem ini adalah jika satu komponen mengalami kerusakan dan sistem AC central tidak bekerja maka semua ruangan tidak akan merasakan udara sejuk. Selain itu jika temperatur udara terlalu rendah atau dingin maka pengaturannya harus pada termostat di koil pendingin pada komponen AHU.

Gambar 2.23 Air Handling Unit Sumber : Anonymous 4 : 2013

3. Cooling Tower

Fungsi utamanya sebagai alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakan fan / kipas. Konstruksi cooling water terdiri dari sistem pemipaan dengan banyak nozzle, fan / blower. Bak penampung, casing.

Proses yang terjadi pada chiller atau unit pendingin untuk sistem AC central dengan sistem kompresi uap terdiri dari proses kompresi, kondensasi, ekspansi, dan evaporasi. Proses ini terjadi dalam satu siklus tertutup yang menggunakan fluida kerja berupa refrigerant yang mengalir dalam sistem pemipaan yang terhubung dari satu komponen ke komponen lainnya. Kondensor pada chiller biasanya berbentuk water-cooled condenser yang menggunakan air untuk proses pendinginan refrigerant. Secara umum bentuk konstruksinya berupa shell & tube dimana air memasuki shell/tabung dan uap refrigerant superheat mengalir dalam pipa yang berada di dalam tabung sehingga terjadi proses pertukaran kalor. Uap refrigerant superheat berubah fase menjadi cair yang memiliki tekanan tinggi mengalir menuju alat ekspansi,

(21)

sementara air yang keluar memiliki temperatur yang lebih tinggi karena air ini akan digunakan lagi untuk proses pendinginan kondensor maka tentu saja temperaturnya harus diturunkan kembali atau didinginkan pada cooling tower.

Langkah pertama adalah memompa air panas tersebut menuju cooling water/cooling tower melalui sistem pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak nozzle untuk tahap spraying atau semburan. Air panas yang keluar dari nozzle secara langsung sementara itu udara atmosfer dialirkan melalui atau berlawanan dengan arah jatuhnya air panas karena pengaruh fan/blower yang terpasang pada cooling tower. Untuk menguapkan 1 kg air diperlukan kira-kira 600 kcl dengan mengeluarkan kalor laten dengan mengungkapkan sebagian dari air maka sebagian besar air pendingin dapat didinginkan, misalnya 1% dari air dapat diuapkan, air dapat diturunkan temperaturnya sebanyak 6˚C dengan menara pendingin.

Sistem ini sangat efektif dalam proses pendinginan air karena suhu kondensasina sangat rendah mendekati suhu wet bulb udara. Air yang sudah mengalami penurunan temperatur ditampung dalam bak untuk kemudian dipompa kembali menuju kondensor yang berada di dalam chiller. Pada cooling tower juga dipasang katup yang dihubungkan ke sumber air terdekat untuk menambah kapasitas air pendingin jika terjadi kehilangan air ketika proses evaporasi cooling tersebut.

Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam “range” dan “approach” dimana range adalah penurunan suhu air yang melewati cooling tower dan approach adalah selisih antara suhu udara wet-bulb dan suhu air yang keluar. Perpindahan kalor yang terjadi pada cooling tower berlangsung dari air ke udara tak jenuh. Ada 2 penyebab terjadinya perpindahan kalor yaitu perbedaan suhu dan perbedaan tekanan parsial antara air dan udara. Suhu pengembunan yang rendah pada cooling tower membuat sistem ini lebih hemat energi jika digunakan untuk sistem refrigerasi pada skala besar seperti chiller. Salah satu kekurangannya adalah bahwa sistem ini tidak praktis karena jarak yang jauh antara chiller dan cooling tower sehingga memerlukan sistem pemipaan yang

(22)

relatif panjang. Selain itu juga biaya perawatan cooling tower cukup tinggi dibandingkan sistem lainnya.

Gambar 2.24 Cooling Tower Sumber : Anonymous 5 : 2013

4. Pompa Sirkulasi

Berfungsi untuk menaikkan tekanan dan menyirkulasi udara/fluida ke tempat lain dalam sistem pemipaan.

5. Ducting/saluran

Merupakan media penghubung antara AHU dengan ruangan yang dikondisikan udaranya, fungsi utama ducting adalah meneruskan udara yang didinginkan oleh AHU untuk kemudian didistribusikan ke masing-masing ruangan.

Kelebihan dan kekurangan sistem AC central - Kelebihan

- Kebisingan dan getaran mesin pendingin hampir tidak mempengaruhi ruangan

- Perbaikan dan pemeliharaan lebih mudah

- Seluruh beban pendingin semua ruangan dalam bangunan dapat dilayani oleh suatu sistem (unit) saja

- Kelembapan udara dapat diatur

- Kekurangan

- Harga pembuatan awal dangat mahal - Biaya operasional mahal

(23)

- Unit central tidak dapat dipakai untuk rumah sakit, karena dapat menyebarkan kuman/bakteri pasien dari suatu ruangan ke ruangan lain - Jika salah satu komponen mengalami kerusakan dan sistem ac central

tidak dapa beroperasi

- Jika temperatur udara terlalu rendah atau dingin maka pengaturannya harus pada termostat di koil pendingin pada komponen AHU

1.2.7 Beban Pendinginan 1. Internal

a. Produk (orang)

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah kalor yang dilepas dari produk (orang) yang berada di dalam ruangan pendinginan itu. Beban ini tergantung dan sebanding dengan banyaknya orang (n), kalor yang dilepas (q) dan faktor beban (CL). b. Peralatan

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah kalor yang dilepas dari peralatan-peralatan yang berada di dalam ruangan pendinginan tersebut. Beban ini tergantung dan sebanding dengan besarnya power atau daya (P), faktor bullast (CB) dan faktor beban (CL).

qx = P.Bf.CLf

dimana : qx : beban pendinginan peralatan (J/s) P : power peralatan

Bf : faktor bullast (lampu Fo 1,25 ; lampu pijar = 30) CLf : faktor beban pendinginan

2. Eksternal a. Ventilasi

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya pertukaran udara dengan luar ruangan tetapi terkendali untuk memenuhi kebutuhan akan udara yang dibutuhkan oleh tiap produk (orang). Beban ini tergantung dan sebanding dengan jumlah orang (n), kebutuhan udara tiap orang (Vr), besar perbedaan enthalpy udara luar dengan dalam serta densitas (ρ) .

(24)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 qb = n.mv.∆h.CLf

dimana : qb : beban pendinginan ventilasi (J/s) mv : kebutuhan udara tiap detik (kg/s)

∆h : kandungan kalor (beda enthalpy luar & dalam) Kj/kg

b. Infiltrasi

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya pertukaran udara pendinginan denganudara luar tanpa terkendali. Beban ini tergantung dan sebanding dengan bukaan tiap jalan (x), volume ruangan (Vr), besar perbadaan enthalpy udara luar dengan dalam, serta densitas (ρ).

qA = ̅v.∆h.CLf

dimana : qA : beban pendinginan infiltrasi (J/s) ̅v : laju infiltrasi

CLf : faktor beban pendinginan c. Radiasi

Beban pendinginan yang disebabkan adanya kalor yang berasal dari luar ruangan berupa radiasi sinar matahari (beban panas matahari yang melalui permukaan tembus cahaya).

d. Perpindahan panas

Beban pendinginan yang disebabkan adanya kalor yang diserap oleh dinding (tak tembus cahaya) yang kemudian terkonduksi ke dalam ruangan.

Q = u.A.∆T (Kj/det)

dimana : u : koefisien perpindahan panas total (KJ/det.m2.K) A : luas panas (m2)

(25)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 2.2.8 Refrigerant

Refrigerant adalah zat yang pada tekanan 1 atm mempunyai titik didih sangat rendah sampai -157 oC. refrigerant bertindak sebagai media penghantar kalor pada proses pemindahan kalor dari produk yang diinginkan ke media pendingin. Refrigerant mengalir dalam refrigerator dan bersirkulasi melalui komponen fungsional untuk menghasilkan efek mendinginkan dengan cara menyerap panas melalui ekspansi dan evaporasi.

2.2.8.1 Macam – macam Refrigerant

1. Berdasarkan penggunaan refrigerant dibagi menjadi 2 yaitu : a. Refrigerant Primer

Refrigerant yang digunakan pada sistem kompresi uap (22, R-134).

b. Refrigerant Sekunder

Cairan-cairan yang digunakan untuk membawa energi kalor bersuhu rendah dari suatu lokasi ke lokasi lain.

2. Berdasarkan komponen penyusun a. Senyawa Holocarbon

Mempunyai satu atau lebih atom dari salah satu halogen (klorin, flourin, bromin)

Tabel 2.1 Penamaan refrigerant

Nomor Refrigerant Nama Kimia Rumus Kimia

11 Trikloro monofluoro metana cc | 3 F 12 Dikloro difluoro metana cc | 2 F2

13 Trikloro triploro metana cc | 2Fcc | F2

Persamaan :

Nomor pertama dari kanan : Jumlah atom florida pada senyawa (F)

Nomor kedua dari kanan : Jumlah atom H dikurangi satu dari jumlah atom hydrogen

Nomor ketiga dari kanan : Jumlah atom C ditambah 1 dari jumlah atom hydrogen dari senyawa

(26)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 b. Anorganik

Merupakan refrigerant terdahulu yang masih digunakan pada saat ini, contoh : amonia (NH3), air (H2O), udara, CO2, SO2.

c. Hidrocarbon

Banyak senyawa hidrocarbon yang digunakan sebagai refrigerant, khususnya untuk dipakai pada industri perminyakan dan petrokimia. Diantaranya adalah metana (CH4), propana

(C3H8) dan etana (C2H6).

d. Azeotrop

Suatu senyawa azeotrop dua substansi adalah campuran yang dapat dipisahkan komponen-komponennya secara destilasi. Azeotrop menguap dan mengembun sehingga suatu substansi tunggal yang sifat-sifatnya berbeda dengan unsur pembentuknya. Misal : refrigerant SO2 yang merupakan

campuran 48,8% R-22 dengan 51,2% R-115.

2.2.8.2 Syarat – syarat Refrigerant

Agar diperoleh sistem refrigerasi yang memiliki peforma maksimum maka pemilihan refrigerant harus benar-benar diperhatikan. Adaoun syarat-syaratnya antara lain

1. Tekanan penguapan harus tinggi

Sebaiknya refrigerant memiliki temperatur penguapan pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi.

2. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi

Apabila tekanan pengembunannya rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat dihindari. Mesin dapat bekerja lebih aman.

3. Kalor laten penguapan harus tinggi

Karena menguntungkan untuk kapasitas refrigerasi yang sama jumlah refrigerant bersirkulasi menjadi lebih kecil.

(27)

Memungkinkan penguapan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil.

5. Koefisien prestasi harus tinggi. 6. Konduktivitas termal yang tinggi.

7. Viskositas yang rendah dalam fase cair maupun gas 8. Refrigerant harus stabil dan tidak bereaksi pada material 9. Tidak boleh mudah terbakar

10. Harga tidak mahal 11. Mudah diperoleh 12. Tidak berbau 13. Ramah lingkungan 14. Tidak boleh beracun

2.2.9 Kelebihan dan Kekurangan Refrigerant Hydrocarbon dan Holocarbon a. Refrigerant Holocarbon

- Kelebihan

1. Kemudahan mengalir yang tinggi keadaan cair 2. Tidak menyebabkan ledakan

3. Tidak membawa aliran listrik

4. Tekanan kondensasi dan suhu keluar yang tinggi dalam mesin refrigerant

- Kekurangan

1. Dapat menyebabkan kerusakan lapisan ozon dan pemanasan global 2. Jenis refrigerasi yang kurang aman untuk digunakan dalam proses

refrigerant

b. Refrigerant hydrocarbon - Kelebihan

1. Ramah lingkungan yang ditunjukkan dengan nilai ozon depleting potensial

2. Properti termofisika dan karakteristik perpindahan yang baik 3. Kerapatan fase uap yang rendah

4. Kelarutan yang baik

(28)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 - Kekurangan

1. Sifatnya mudah terbakar

2.2.10 Istilah - istilah Mesin Pendingin 1. Panas Laten

Adalah jumlah panas yang diambil atau diberikan kepada suatu zat dimana akan menyebabkan terjadinya perubahan fase/wujud dari zat yang bersangkutan tanpa mengalami perubahan temperatur.

2. Panas Sensible

Adalah jumlah panas yang diambil atau diberikan kepada suatu zat dimana akan menyebabkan terjadinya perubahan temperatur tanpa mengalami perubahan fase/wujud dari zat yang bersangkutan.

3. Panas Spesifik

Adalah jumlah panas/kalor yang diperlukan setiap kilogram massa zat untuk menaikkan temperaturnya sebesar satu derajat Celcius.

4. Wet Bulb Temperatur

Adalah temperatur udara yang tidak memperhitungkan pengaruh radiasi, konduksi, dan konveksi.

5. Dry Bulb Temperatur

Adalah temperatur udara yang memperhitungkan.pengaruh radiasi, konduksi, dan konveksi .

6. Dew point Temperatur

Adalah temperatur pada saat udara menjadi jenuh, artinya udara mulai berubah menjadi kondensat (mengembun) setelah mengalami proses pendinginan pada tekanan konstan dan kelembaban absolut yang konstan.

7. Kelembaban Absolut

Adalah perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering dalam suatu volume campuran.

8. Kelembaban Relatif

Adalah perbandingan antara tekanan parsial uap air dalam suatu campuran tehadap tekanan jenuhnya pada temperatur yang sama.

(29)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 9. Refrigerant effect

Yaitu kemampuan suatu refrigerant (zat pendingin) untuk menyerap panas/kalor agar berubah fase/wujudnya berubah dari cair menjadi uap.

10. Enthalpy

Adalah jumlah kalor yang dikandung oleh setiap kilogram zat pada tekanan dan temperatur tertentu ditambah dengan kerja yang bekerja pada zat tersebut yang merupakan perkalian antara tekanan yang bekerja pada zat tersebut dengan volume spesifiknya.

11. Coeficient of Performance (COP)

Adalah perbandingan antara panas yang diserap oleh refrigerant (zat pandingan) dengan kerja kompresor.

12. Beban Pendinginan

Yaitu kalor yang diambil tiap detik dari produk yang diinginkan (kJ/detik). Manfaatnya untuk meramalkan kalor yang mampu diserap tiap detik oleh instalasi mesin pendingin.

13. Kapasitas Pendinginan

Adalah jumlah kalor yang diserap oleh refrigerant dari benda atau fluida yang hendak didinginkan.

14. Tor refrigerant

Laju aliran kapasitas refrigerant digunakan untuk menyerap panas yang ada di dalam sistem tiap satuan waktu. Jadi tor refrigerant merupakan satuan daya dalam British (Btu/jam).

2.2.11 Rumus - rumus yang Digunakan 1. Kapasitas Pendinginan

Kapasitas pendinginan adalah panas yang diserap oleh refrigerant (zat pendingin) dari fluida.

Qr = mr ( h1-h2 )

Dimana :

mr = massa refrigerant yang mengalir persatuan waktu [kJ/kg]

h1 = enthalpy refrigerant keluar evaporator [kJ/kg]

(30)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 2. Daya Kompresor (W)

Kerja dari kompresor perstuan waktu yang masuk kedalam sistem. W = mr ( h1-h2 )

Dimana :

h1 = enthalpy refrigerant masuk kompresor [kJ/kg]

h2 = enthalpy refrigerant keluar kompresor [kJ/kg]

3. Kapasitas kondensor (Q1)

Kapasitas kondensor adalah banyaknya panas (kalor) yang dilepaskan oleh refrigerant (zat pendingin).

Q1 = Mr ( h3-h2 )

Dimana :

h2 = Enthalpy refrigerant masuk kondensor [kJ/kg]

h3 = Enthalpy refrigerant keluar kondensor [kJ/kg]

4. Performance Mesin Pendingin a. Refrigerant effect ( Qe )

Jumlah panas yang diserap oleh satuan berat refrigerant. Qe = h1-h4

b. Coeficiant of Performance (COP)

W Q COP e

Rumus – rumus pengolahan data

1. Kondisi pada penampang C-D pada air flow rate

(31)

Sumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB

 Keseimbangan Energi mchc – maha = - H2 + HLC-D

 Kekekalan massa aliran fluida: mc = ma – m0 ; m0 = massa alir

udara lewat oriface pada ujung duct

[kg/detik]

 Kalor sensibel

PH2 = mD . CP . ΔT

Dengan:

Z = tinggi skala pada inclined manometer ( mmH2O ) VD = volume spesifik udara pada penampang di C-D,

bisa dicari dari diagram psycometry hC = enthalpy udara di penampang C

hD = enthalpy udara di penampang D

PH2 = Daya reheater

H1C-D = kerugian energi pada daerah C-D

Cp = panas jenis udara antara C-D

2. Kondisi penampang B – C

Gambar 2.26 penamang B – C

Sumber :Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB

 Kesetimbangan energi:

mBhB = Qref + mconhcon + H1B-C + mchc

D o

V z m 0.0504

(32)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014  Kekekalan massa  mB -  mC =  mCon →  mB =  mC +  mCon  Didapat

1) Beban pendinginan evaporator Qref, sehingga dapat dihitung.

2) Losses of energy

H1B-C dalam [kJ/s]

Dimana :

Wcomp = daya sebenarnya kompresor, bisa dilihat dari

spesifikasi peralatan atau voltmeter dan amperemeter h1 = enthalpy refrigerant sesudah keluar evaporator

h2 = enthalpy refrigerant sebelum keluar evaporator

hcon = enthalpy air kondensasi

mcon = laju alir massa air kondensasi

mref = laju alir massa refrigerant

h1B-C = kerugian energi pada daerah B-C

hB & hC = enthalpy udara di B dan C dicari dari diagram

psycometry

3. Kondisi Pada penampang A-B

Gambar 2.27 Penamang A – B

Sumber :Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB comp ref tot W Q COP 

(33)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014  Keseimbangan energi  mA . hA +  mB . hB = Pm -  ms . hs + Pp + HL A-B  Kekekalan massa  mB =  mA +  mS  Didapat:

1) Kerugian Energi (HL A-B)

2) Dengan mengabaikan losses yang dapat dihitung efisiensi ketel uap:

Dimana :

PM : daya motor penggerak blower yang besarnya sebanding

dengan posisi regavolt [%] dan spesifikasi motor penggeraknya

ms : laju alir massa uap yang disuplai bolier

Hs : enthalpy uap

Pp : daya pemanas preheater

Pk : daya pemanas bolier

mA : laju alir massa udara luar yang dihisap blower

H 1A-B : kerugian energi pada daerah A-B

Untuk COPaktual dapat dicari dengan persamaan :

Dimana :

Q1 = Qref untuk COPaktual

= mBhB – (mChC + mconhcon)

Sedangkan COPideal dapat dicari dengan persamaan

K K K P Q   % . k s s K P h m  

(34)

Dimana harga h1,h2 dan h4 bisa dilihat pada diagram (P-h)

2.3 Dasar Pengkodisian Udara 2.3.1 Psikometri

Psikometri merupakan kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap air. Psikometrik mempunyai arti penting dalam pengkondisian udara atau penyegaran udara karena atmosfer merupakan campuran antara udara dan uap air. Selain untuk mengetahui sifat-sifat termodinamika udara, diagram psikometri juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi proses fisik yang terjadi di lingkungan, antara lain.

Gambar 2.28 Psikometri Sumber : Anonymous 6 : 2013

2.3.2 Temperatur Bola Basah (Wet Bulb) dan Temperatur Bola Kering (Dry Bulb)

(35)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 a. Temperatur bola basah

Sensor pada termometer dibalut kain basah untuk menghilangkan efek radiasi panas.

b. Temperatur bola kering

Temperatur dapat dibaca dengan sensor kering dan terbuka namun tidak tetap karena pengaruh radiasi panas, kecuali memperoleh ventilasi cukup baik.

2.3.3 Dew Point

Temperatur dew point adalah temperatur dimana embun mulai terbentuk. Artinya udara mulai berubah menjadi embun setelah mengalami proses pendinginan pada tekanan konstan.

2.3.4 Absolute Humidity dan Relative Humidity

Apabila atmosfer tanpa kandungan uap air, maka campuran gas dikenakan denagn udara kering (dry air). Apabila uap air ada dalam gas tersebut dikenal dengan udara basah (wet air). Jumlah uap air ruang kurang dari tekanan jenuh temperatur tertentu mengandung uap air maka penguapan akan berlangsung terus sampai tekanannya menjadi tekanan jenuh untuk temperatur tersebut. Relative humidity digunakan untuk menyatakan perbandingan antara tekanan parsial uap air suatu campuran terhadap tekanan jenuhnya pada temperatur yang sama.

(36)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 BAB III

PELAKSANAAN PERCOBAAN

3.1 Instalasi Mesin Pendingin dan Pengkondisian Udara

Gambar 3.1 Instalasi Mesin Pendingin dan Pengkondisian Udara Sumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Teknik Mesin FT-UB

3.2 Spesifikasi Peralatan

Type : A - 573 / 41154 Vapour Compression Refrigeration Units Produk : udara lewat air flow duct dengan parameter bervariasi Refrigerant : Freon R - 22 : laju alir massa (gr/s) temperatur 85˚C Kompresor : PANASONIC 2K 225 225 BUA

(37)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 3.3 Pelaksanaan Percobaan Air Conditioning

1. Persiapan percobaan

Instalasi telah disiapkan untuk melaksanakan percobaan dan pengambilan data. 2. Menyalakan instalasi

a. Saklar induk dipasang pada posisi (I) dengan regavolt pada 0%

b. Regavolt diatur agar ada aliran udara melalui evaporator, dengan tujuan membebani evaporator. Posisi regavolt diatur sesuai variasi data untuk masing-masing kelompok.

c. Kompresor dijalankan sehingga terjadi sirkulasi refrigerant, instalasi dibiarkan beroperasi sampai terbentuk air kondensasi pada evaporator, ditampung dengan gelas ukur dan thermometer.

d. Atur pembebanan air flow duct dengan menggunakan saklar dari semua komponen pelengkap (bolier, reheater, preheater, dan regavolt) posisinya disesuaikan dengan kombinasi dan variasi data yang ditentukan untuk setiap kelompok.

3. Menghentikan operasi instalasi

a. semua saklar dari komponen pelengkap dimatikan b. matikan kompresor

c. regavolt diturunkan posisinya secara steady hingga 0% d. matikan saklar induk

(38)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 BAB IV

PENGOLAHAN DATA

4.1 Perhitungan

Dari perhitungan didapatkan data sebagai berikut:

 Tekanan refrigerant keluar evaporator P1 = 550 kN/m2

 Tekanan refrigerant keluar kondensor P3 = 1850 kN/m2

 Inclined manometer Pd = 0,98 mmH2O

 Temperatur refrigerant keluar evaporator T1 = 29 ˚C

 Temperatur refrigerant keluar kondensor T3 = 47,3 ˚C

 Temperatur refrigerant masuk evaporator T4 = 10 ˚C

 Temperatur kondensasi Tcon = 25,67 ˚C

 Temperatur bola basah udara TWA = 30 ˚C = 86˚F

TWB = 47,3 ˚C = 117,14˚F

TWC = 27,3 ˚C = 81,14˚F

TWD = 36,3 ˚C = 97,34˚F

 Temperatur ruangan bola basah TWb = 26 ˚C

 Temperatur bola kering udara TDA = 33 ˚C = 91,4˚F

TDB = 52,6˚C = 126,68˚F

TDC = 34,6 ˚C = 94,28˚F

TDD = 39,3˚C = 102,74˚F

 Temperatur ruangan bola kering Tdb = 29 ˚C

 Debit air masuk bolier Q1 = 1826,6 ml /10 mnt

 Debit air kondensasi Q2 = 206,66 ml /10 mnt

 Kelembaban relatif θ = 75 %

 Regavolt Rv = 35 %

 Daya preheater H1 = 1 kW

 Daya reheater H2 = 0,5 kW

 Daya bolier B = 3 kW

(39)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 Perhitungan-perhitungan sebagai berikut:

1.Tekanan udara atmosfer ( Po ) Po = 731,5 mmHg

= 731,5 x 101,325 760

= 97,53 kN/m2

2.Tekanan Freon keluar evaporator (P1=P2)

P1 atm = P1 gauge + Po

= 550 kN/m2+97,53 kN/m2 = 647,53 kN/m2

3.Tekanan Freon keluar kondensor P3 = P3 + Po

= 1850 kN/m2 + 97,53 kN/m2 = 1947,53 kN/m2

4.Temperatur Freon keluar evaporator T1 = 29 ˚C + 273

= 302 K

5.Temperatur freon keluar kondensor T3 = 47,3 ˚C + 273

= 320,3 K

6.Temperatur Freon masuk evaporator T4 = 10 ˚C + 273

= 283 K 7.Temperatur air kondensasi

Tcon = 25,67 ˚C + 273

= 298,67 K

8.Kondisi udara pada air duct berdasarkan temperatur bola kering dan temperatur bola basah berdasarkan diagram Psychrometer:

hA = 51 btu/lbm =118,626 kJ/kg

hB = 96 btu/lbm = 223,296 kJ/kg

hC = 45 btu/lbm = 104,67 kJ/kg

(40)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 9.Volume spesesifik udara pada penampang di C-D (Vd) VD = 0,878 m3/kg

10.Antara penampang C-D

Gambar 4.1 : Penampang C-D Air Flow Duct

Sumber : Buku Petunjuk Praktikum Pengujian Mesin Pendinginan

 Kesetimbangan energi antara C-D :

( c

o

m .hc ) – ( D o

m .hD ) = - PH2 + H1 C-D

 Kekekalanlan Massa Aliran Fluida c o m = D o m = o o m , dimana o o

m = laju aliran massa Udara lewat Oriface pada ujung duct

= 0,0504 √ = 0,053 kg/s

 Dengan mengabaikan losses pada jenis Cp adalah : Cp = T m PH o D  1 . 2 Cp = Cp = 2,007 (kj/kg.oC) D o o V z m 0.0504

(41)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014  Kalor yang hilang antara C-D :

H1 C-D = PH2 + ( c o m .hc ) – ( D o m .hD ) H1 C-D = 0,5+ (0,053.104,67) – (0,053.155,842) H1 C-D = -2,212 (kj/s) 11.Antara penampang B-C Gambar 4.2 : Penampang B-C

Sumber : Buku Petunjuk Praktikum Pengujian Mesin Pendinginan

 Enthalpy pada masing-masing titik

Dari grafik thermodinamic properties of refrigerant 22 dan berdasarkan harga satuan tekanan dan temperatur didapatkan :

h1 = 270 kJ/kg

h2 = 305 kJ/kg

h3 = h4 = 93 kJ/kg

 Laju aliran massa air kondensasi

A V mcon o . .   2 .Q mcon o 

 dimana Q2 = debit air kondensasi

= _.

(42)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014  Beban pendinginan evaporator Qref :

- Pcomp = m (h2 – h1) ; η = 80% % 80 030 , 1  = m (305 – 270) m = 0,0235 Kg /detik  Kekekalan Massa B o m = C o m + CON o m B o m = 0,053 kg/s + 3,44.10-4 kg/s B o m = 0,053 (kg/s)

 Enthalpy air kondensasi hCON pada TCON menurut dengan melihat table A-1

air.

TCON = 25,67OC didapatkan hCON = 107,57 Kj/Kg

T h 24 100,59 25,67 x 26 108,95 = = 2,7588 = 217,9 – 2x X = 107,57

Q1 = Qref untuk COP aktual =

 mB . hB – (  mC . hC +  mCon . hCon) = 0,053 . 223,296 – (0,053 . 104,67 + 3,44.10-4 . 107,57) = 6,25 kW  Kesetimbangan energi ( B o m .hB ) – ( C o m .hC ) = Qref + CON o m . hCON + H1 B-C (0,053.223,296) – (0,053.104,67) = 6,25 + (3,44.10-4.107,57) + H1 B-C H1 B-C = 0,003 Kj/s

(43)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 12.Antara penampang A-B

Gambar 4.3 : Penampang A-B Air Flow Duct

Sumber : Buku petunjuk praktikum pengujian mesin pendinginan

 Kesetimbangan energi: ( A o m .hA ) – ( B o m .hB ) = PM - ( s o m .hS ) – PA + H1 A-B  Kekekalan massa B o m = A o m + s o m s o

m = Q1.ρ dimana Q1 = debit air pengisi bolier

ρ = massa jenis air

s o m = . s o m = 3,44. (kg/s) B o m = A o m + s o m 0,053 kg/s = A o m + 0,000343 kg/s A o m = 0,053 (kg/s)

 Daya motor penggerak blower

 PM = V . I . Rv

 = 220 V. 5,5 A. 35%

 = 423,5 watt

(44)

 Dari tabel A-1 Air : Sifat-sifat cairan dan uap jenuh, Refrigerasi dan pengkondisian udara.

PO = 97,53 kPa dapat diperoleh hs ;

P hs 82,71 386,282 97,53 x 104,95 388,609 = = 17,26634 = 8642,66416 – 22,24x X = 387,833

 Energi yang hilang Hl-A-B

H1 A-B = ( A o m .hA ) – ( B o m .hB) + ( s o m .hS ) – PM+ PP H1 A-B = (0,053.118,626) – (0,053.223.296) + (3,44. . 387,833) - 0,4235 + 1 = -4,84 kJ/s  Efisiensi bolier : = 3,44. _{. x 387.833x 100 %} 3 = 4,447%  COP aktual COP aktual = COP aktual = COP aktual = 6,975 % 100 . . 0 K s s K K K P h m P Q   

(45)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014  COP ideal COP ideal = COP ideal = COP ideal = 5 4.2. Pembahasan

A. Pembakaran pada tiap – tiap segmen penampang - Pada penampang C-D

Aliran fluida bermassa 0,053 kg/s kemudian mengalami pemanasan kembali oleh reheater berdaya 0,5 kW setelah itu fluida bermassa 0,053 kg/s tersebut keluar dari mesin pendingin melewati saluran penyempitan yaitu oriface. Selama proses berlangsung terjadi energi losses sebesar (-2,212) kj/s. Hal ini terjadi kemungkinan karena beberapa hal antara lain :

1. Kerugian karena tahanan gesek antara fluida dengan dinding saluran. 2. Kerugian karena tahanan aliran lokal yaitu karena adanya penyempitan

saluran.

3. Tingkat ketelitian dan kesalahan dalam pembacaan alat ukur dan diagram juga berpengaruh terhadap perhitungan losses yang terjadi.

- Pada penampang B-C

Aliran fluida bermassa 0,053 kg/s kemudian didinginkan oleh evaporator yang memiliki energi 0,825 KW .Sebagian fluida berubah menjadi air kondensasi yang bermassa 3,44. _{(kg/s) dan sebagian fluida lain terus}

mengalir dalam bentuk gas yang bermassa 0,053 kg/s. Selama proses berlangsung terjadi energi losses sebesar 0,003 Kj/s, hal ini terjadi kemungkinan beberapa hal :

1.Kerugian karena tahanan gesek antara fluida udara dengan uap air dengan dinding duct

2.Sebagian massa dari udara dan uap menjadi air kondensasi sehingga terjadi losses tinggi

(46)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 - Pada penampang A-B

Motor penggerak blower berdaya 0,4235 kW menghisap fluida bemassa 0,053 (kg/s) ke dalam mesin pendingin hingga menumbuk uap bermassa 3,44. _{yang dihasilkan oleh bolier berdaya 0,98 KW. Kemudian fluida}

campuran tersebut mengalir dan dipanasi oleh preheater berdaya 1 KW. Selama proses berlangsung, terjadi losses energi sebesar -4,84 kJ/s. Kemungkinan terjadinya losses dikarenakan beberapa hal yaitu :

1. Kerugian karena tahanan gesek antara fluida dengan dinding-dinding saluran.

2. Kerugian antara fluida udara dengan uap saat memasuki blower yang menghasilkan gesekan antara fluida tersebut

3. kalor panas yang kurang sempurna sehingga terjadi perpindahan panas dari dalam atau keluar sistem

4. Tingkat ketelitian dan kesalahan dalam pembacaan alat ukur

B. Secara keseluruhan

Dari hasil perhitungan diperoleh perbedaan COP pada mesin pendingin kompresi uap secara mekanik sebesar : COP aktual = 6,976 dan COP ideal = 5. Hal ini disebabkan karena pada siklus mesin pendingin kompresi uap ideal dianggap tidak mengalami perubahan tekanan pada kondensor dan evaporator (isobarik) sedangkan pada siklus mesin pendingin kompresi uap aktual terjadi pressure drop pada kondensor maupun evaporator, dimana kompresor harus mengkompresi uap refrigerant dari tekanan hisap yang rendah, menyebabkan daya kompresor yang dibutuhkan meningkat. Selain itu mesin pendingin kompresi uap aktual terjadi :

 Superheating pada evaporator karena penguapan yang berlebihan, hal ini disebabkan oleh beban pendinginan yang berlebihan sehingga penguapan melewati garis saturated vapour.

 Subcolling dari cairan refrigerant saat meninggalkan kondensor akibat beban pendinginan yang terlalu besar, sehingga refrigerant melewati garis saturated liquid untuk melepaskan kalor dari kondensor.

 Berdasarkan peredaan hasil perhitungan COP, disebabkan oleh beberapa hal :

(47)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 -Regavolt

Semakin besar regavolt maka kapasitas aliran udara meningkat, sehingga meningkatkan kapasitas pendinginan pada evaporator, mengakibatkan COP menurun.

-Preheater

Preheater akan memanaskan udara yang mengalir sebelum masuk ke evaporator, pada preheater udara yang ditiupkan akan menambah kapasitas pendinginan mengakibatkan kalor yang dibutuhkan untuk mendinginkan udara sekitarnya lebih besar.

-Reheater

Reheater akan memanaskan udara yang mengalir setelah keluar dari evaporator, hal ini disebabkan temperatur udara menurun setelah melewati evaporator karena terjadi perpindahan panas dari udara ke refrigerant pada evaporator. Oleh karena itu, udara yang mengalir dari evaporator perlu pemanasan ulang pada reheater untuk mengatur kelembaban udara yang sesuai.

-Evaporator

Di dalam evaporator terjadi perpindahan panas dari udara ke refrigerat, sehiingga temperatur udara setelah lewat evaporator lebih rendah dibanding sebelum masuk evaporator ada yang berubah fasa menjadi air kondensasi karena menurunnya temperatur. Massa aliran udara sebelum masuk evaporator sama dengan jumah massa aliran udara di setelah evaporator dan massa aliran air kondensat.

(48)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan pada instalasi mesin pendingin maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut.

1). Enthalpy setiap titik pada T – S mesin pendingin berdasarkan data pengujian h1 = 118,626 Kj/Kg

h2 = 223,296 Kj/Kg h3 = 104,67 Kj/Kg h4 = 155,842 Kj/Kg

2). Kapasitas pendinginan (refrigerant capacity) Qref = 6,25 KW

3). Debit udara antar penampang air flow duct

- debit udara antar penampang C – D pada air flow duct mC = mD = 0,053 Kg/s

- debit udara antar penampang B – C pada air flow duct mB = 0,053 Kg/s

- debit udara antar penampang A – B pada air flow duct mA = 0,053 Kg/s

4). Energi hilang pada setiap potongan duct

- energi hilang pada potongan C – D = -2,212 Kj/s - energi hilang pada potongan B – C = 0,003 Kj/s - energi hilang pada potongan A – B = -4,48 Kj/s

5). COP ideal dan COP aktual dari seluruh instalasi mesin pendingin COP ideal = 5 ; COP aktual = 6,975

6). Efisiensi bolier sebagai komponen pelengkap instalasi P.A HILTON ηbolier = 4,447 %

5.2 Saran

1). Dalam pengambilan data dan pembacaan pada diagram / tabel hendaknya dilakukan dengan teliti oleh praktikan.

(49)

2). Asisten yang bersangkutan seharusnya menjadi pembibing kelompok yang dibimbing ketika pelaksanaan praktikum.

3). Pada saat praktikum seharusnya mesin yang digunakan praktikum harus dengan kondisi maksimal agar tidak terjadi masalah dengan mesin saaat praktikum.