Rancang Bangun Mesin Pendingin Ruangan Dengan Menggunakan Energi Surya Dan Campuran Air, Garam,Dan Es Sebagai Media Pendingin

(1)

RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN

MENGGUNAKAN ENERGI SURYA DAN CAMPURAN

AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

STEFANUS WANGSA NIM. 100401029

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN


(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul

“RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN MENGGUNAKAN ENERGI SURYA DAN CAMPURAN AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang tahu terima kasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada:

1. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing yang dengan

penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT. selaku Dosen Pembanding II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Kedua orang tua penulis, Heny Wangsa dan Sufiana serta kakak penulis,

Emilia Wangsa yang tidak pernah putus – putusnya memberikan

dukungan, doa, dan kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang

telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.


(11)

ii

7. Rekan-rekan khususnya Wunardi Surya, Christianto, Dwyanto, Hendri, Kenny Austin, Michael Tanjaya, Helbert, Wilsen Simon, Derrick, dan seluruh rekan mahasiswa angkatan 2010 serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

8. Teman – teman yang selalu memotivasi khususnya Danny, Kevin, Cindy,

Jimmy, Ralf dan semua teman – teman yang berada di Keluarga Mahasiswa Buddhis yang telah memberi semangat.

Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca, Terima kasih.

Medan, Februari 2015


(12)

iii

ABSTRAK

Penggunaan mesin pendingin bertujuan untuk mengkondisikan dan menyegarkan udara ruangan (pengkondisian udara). Terdapat mesin pendingin ruangan jenis lain yang menggunakan listrik dan refrigeran. Mesin pendingin ruangan yang dibahas adalah mesin pendingin yang dapat menyejukkan ruangan dengan menggunakan energi surya serta campuran air, garam, dan es sebagai media pendingin yang ramah lingkungan. Campuran air, garam, dan es dapat menurunkan titik beku cairan sehingga penyerapan kalor lebih efektif. Panas dari udara lingkungan dan infiltrasi dalam mesin pendingin ruangan disebut sebagai beban pendingin. Tujuan dari rancang bangun adalah mengetahui kelebihan styrofoam sebagai material utama mesin pendingin ruangan, menentukan dimensi mesin pendingin, mengetahui efek penurunan titik beku dengan menggunakan garam, dan mengetahui ukuran ruangan yang dapat disejukkan oleh mesin pendingin. Dalam melakukan rancang bangun sebuah mesin pendingin ruangan,

dilakukan penentuan dimensi mesin pendingin ruangan dengan

mempertimbangkan kapasitas media pendingin, pembuatan design dengan

AUTOCAD 2011, penyiapan alat bahan, dan perakitan mesin pendingin. Dari proses rancang bangun diperoleh kesimpulan bahwa styrofoam sebagai bahan dasar untuk merancang mesin pendingin mempunyai tingkat kekakuan yang tinggi serta konduktivitas termal yang rendah, dan garam dapat berfungsi sebagai media penurunan titik beku yang baik.

Kata kunci: mesin pendingin, air, garam, es, beban pendingin, media pendingin, energi surya


(13)

iv

ABSTRACT

The usage of cooling machine is to condition and cools the air of the room (air conditioning). There are other types of room cooling machine using electric and refrigerant. The room cooling machine that will be discussed is the one which can cool the room using solar energy as well as a mixture of water, salt, and ice as an friendly coolant. The mixture of water, salt, and ice can lower the freezing point of the liquid so that the absorption of heat will be more effective. The heat from ambient air and infiltration in room cooling machine called a cooling load. The purpose of design is to know the advantages of styrofoam as the main material for this room cooling machine, determine the dimension of cooling machine, find out the effect of freezing point depression by using salt and find out the size of the room that can be cooled by this cooling machine. In designing this room cooling machine, conducted by determination of room cooling machine which has to consider the coolant capacity, designing by using AUTOCAD 2011, preparation of the materials and assembling the cooling machine. From the assembling process, there are some conclusions such as styrofoam being the basis for designing the cooling machine has a high degree of stiffness and low thermal conductivity, and salt can be serve as good freezing point depression medium. Keywords: cooling machine, water, salt, ice, cooling load, coolant, solar energy


(14)

v

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR SIMBOL ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Tujuan ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Penulisan ... 2

1.5 Sistematika Penulisan ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Mesin Pendingin ... 4

2.1.1 Pengertian Mesin Pendingin ... 4

2.1.2 Sejarah Mesin Pendingin ... 4

2.2 Pemilihan Styrofoam sebagai Bahan Utama ... 7

2.2.1 Pengertian dan Karakteristik Styrofoam ... 7

2.2.2 Styrofoam sebagai Insulasi Termal ... 8

2.3 Sifat dan Kekuatan Bahan ... 9

2.4 Media Pendingin ... 10

2.5 Air, Garam, dan Es ... 11

2.5.1 Air sebagai Media Pendingin ... 11

2.5.2 Sifat Koligatif Larutan ... 12

2.5.3 Garam Dapur sebagai Media Penurunan Titik Beku ... 14


(15)

vi

2.7 Ukuran Ruangan ... 15

2.7 Energi Surya ... 17

2.7.1 Panel Surya ... 17

2.7.2 Charge Controller ... 18

2.7.3 Akumulator ... 19

2.8 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan ... 20

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ... 21

3.1 Diagram Alir Perancangan ... 21

3.2 Penentuan Dimensi Mesin Pendingin Ruangan ... 22

3.3 Pembuatan Desain Mesin Pendingin Ruangan ... 22

3.4 Penyiapan Alat dan Bahan Perancangan ... 23

3.4.1 Penyiapan Alat ... 23

3.4.2 Penyiapan Bahan ... 25

3.5 Perakitan Mesin Pendingin Ruangan ... 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29

4.1 Efek Penurunan Titik Beku Garam ... 29

4.2 Analisa Dimensi Mesin Pendingin ... 32

4.3 Analisa Sifat dan Kekuatan Bahan Styrofoam ... 34

4.3.1 Densitas Styrofoam ... 34

4.3.2 Kekakuan Styrofoam ... 35

4.4 Analisa Ukuran Ruangan Terhadap Beban Pendingin ... 36

4.5 Analisa Panel Surya dan Akumulator ... 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 40

5.1 Kesimpulan ... 40

5.2 Saran ... 40

DAFTAR PUSTAKA ... 41


(16)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perbedaan Titik Beku Air dengan Tiga Jenis Larutan Lain ... 13

Gambar 2.2 Panel Surya ... 17

Gambar 2.3 Charge Controller ... 19

Gambar 2.4 Akumulator ... 19

Gambar 2.5 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan ... 20

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Mesin Pendingin Ruangan ... 21

Gambar 3.2 Dimensi Mesin Pendingin Ruangan ... 22

Gambar 3.3 Desain Mesin Pendingin Ruangan ... 23

Gambar 3.4 Cutter ... 23

Gambar 3.5 Jangka ... 24

Gambar 3.6 Gelas Ukur ... 24

Gambar 3.7 Timbangan Dapur ... 24

Gambar 3.8 Laptop ASUS A46CM ... 25

Gambar 3.9 Styrofoam ... 25

Gambar 3.10 Kipas Angin DC ... 26

Gambar 3.11 Pipa Elbow ... 26

Gambar 3.12 Solar Panel ... 26

Gambar 3.13 Charge Controller ... 27

Gambar 3.14 Akumulator ... 27


(17)

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik Styrofoam ... 8

Tabel 2.2 Konduktivitas Thermal Bahan ... 9

Tabel 2.3 Nilai Insulasi Ruangan ... 16

Tabel 2.4 Konstanta Arah Ruangan ... 16

Tabel 3.1 Penentuan Dimensi Mesin Pendingin Ruangan ... 22


(18)

ix

DAFTAR SIMBOL

Huruf Latin

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang m2

E Konstanta arah ruangan -

E Modulus Young Pa

E Energi Wh

F Gaya N

FF Fill factor -

G Massa zat g

Gt Radiasi pasti W/m2

H Tinggi ruangan m

i Faktor Van’t Hoff -

I Nilai insulasi ruangan -

Im Kuat arus maksimum A

Isc Kuat arus rangkaian pendek A

Kf Tetapan penurunan titik beku molal 0C/mol

L Bilangan Avogadro -

L Panjang ruangan m

l Panjang mula – mula cm

m Massa kg

m Molalitas m

Mr Massa atom relatif g/mol

n Jumlah mol mol

P Daya W

P Massa zat pelarut g

Pmax Daya maksimum W

Pin Daya cahaya insiden W


(19)

x

Q Beban pendingin W

Ql,tot Beban laten total W

Qpp,tot Beban perpindahan panas total W

Qs,tot Beban sensibel total W

Tf larutan Titik beku larutan 0C

Tf pelarut Titik beku pelarut 0C

tp Waktu puncak s

V Volume m3

V Tegangan listrik V

Vm Tegangan maksimum V

Voc Tegangan rangkaian terbuka V

W Lebar ruangan m

X Jumlah partikel

molekul

Huruf Yunani

Simbol Keterangan Satuan

ρ Densitas kg/m3

σ Tegangan Pa

� Regangan -

∆ Pertambahan panjang cm

ΔTf Penurunan titik beku larutan 0C


(20)

iii

ABSTRAK

Penggunaan mesin pendingin bertujuan untuk mengkondisikan dan menyegarkan udara ruangan (pengkondisian udara). Terdapat mesin pendingin ruangan jenis lain yang menggunakan listrik dan refrigeran. Mesin pendingin ruangan yang dibahas adalah mesin pendingin yang dapat menyejukkan ruangan dengan menggunakan energi surya serta campuran air, garam, dan es sebagai media pendingin yang ramah lingkungan. Campuran air, garam, dan es dapat menurunkan titik beku cairan sehingga penyerapan kalor lebih efektif. Panas dari udara lingkungan dan infiltrasi dalam mesin pendingin ruangan disebut sebagai beban pendingin. Tujuan dari rancang bangun adalah mengetahui kelebihan styrofoam sebagai material utama mesin pendingin ruangan, menentukan dimensi mesin pendingin, mengetahui efek penurunan titik beku dengan menggunakan garam, dan mengetahui ukuran ruangan yang dapat disejukkan oleh mesin pendingin. Dalam melakukan rancang bangun sebuah mesin pendingin ruangan,

dilakukan penentuan dimensi mesin pendingin ruangan dengan

mempertimbangkan kapasitas media pendingin, pembuatan design dengan

AUTOCAD 2011, penyiapan alat bahan, dan perakitan mesin pendingin. Dari proses rancang bangun diperoleh kesimpulan bahwa styrofoam sebagai bahan dasar untuk merancang mesin pendingin mempunyai tingkat kekakuan yang tinggi serta konduktivitas termal yang rendah, dan garam dapat berfungsi sebagai media penurunan titik beku yang baik.

Kata kunci: mesin pendingin, air, garam, es, beban pendingin, media pendingin, energi surya


(21)

iv

ABSTRACT

The usage of cooling machine is to condition and cools the air of the room (air conditioning). There are other types of room cooling machine using electric and refrigerant. The room cooling machine that will be discussed is the one which can cool the room using solar energy as well as a mixture of water, salt, and ice as an friendly coolant. The mixture of water, salt, and ice can lower the freezing point of the liquid so that the absorption of heat will be more effective. The heat from ambient air and infiltration in room cooling machine called a cooling load. The purpose of design is to know the advantages of styrofoam as the main material for this room cooling machine, determine the dimension of cooling machine, find out the effect of freezing point depression by using salt and find out the size of the room that can be cooled by this cooling machine. In designing this room cooling machine, conducted by determination of room cooling machine which has to consider the coolant capacity, designing by using AUTOCAD 2011, preparation of the materials and assembling the cooling machine. From the assembling process, there are some conclusions such as styrofoam being the basis for designing the cooling machine has a high degree of stiffness and low thermal conductivity, and salt can be serve as good freezing point depression medium. Keywords: cooling machine, water, salt, ice, cooling load, coolant, solar energy


(22)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Seiring dengan berkembangnya teknologi, manusia dituntut berinovasi untuk mengembangkan dan membuat sarana / prasarana sesuai dengan kebutuhan. Salah satu jenis teknologi yang sangat berguna saat ini bagi manusia adalah mesin pendingin. Mesin pendingin adalah sebuah alat siklus yang prinsip kerjanya hampir sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa refrigeran. Mesin pendingin adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari dalam ruangan ke luar ruangan untuk menjadikan temperatur benda / ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya sehingga menghasilkan suhu / temperatur dingin. Salah satu aplikasi yang menggunakan prinsip mesin pendingin adalah AC (Air Conditioner).[1]

Awal dari AC (Air Conditioner) sudah dimulai sejak jaman Romawi yaitu dengan membuat penampung air yang mengalir di dalam dinding rumah sehingga menurunkan suhu ruangan, tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa karena biaya membangunnya sangatlah mahal karena membutuhkan air dan juga bangunan yang tidak biasa.[2]

Kebanyakan mesin pendingin menggunakan refrigeran dengan jenis

chlorofluorocarbon (CFC) yang tidak ramah terhadap lingkungan. Oleh sebab itu, para pakar lingkungan hidup semakin gencar memikirkan tentang penipisan lapisan ozon yang dirusak oleh gas – gas klorin yang dilepaskan mesin pendingin. Bahan perusak ozon merupakan turunan dari senyawa klor dan bahan karbon seperti chlorofluorocarbon (CFC) banyak digunakan oleh industri maupun dalam rumah tangga.[3]

Indonesia merupakan salah satu negara yang beriklim tropis. Oleh sebab itu, kebutuhan akan mesin pendingin ruangan cukup tinggi. Namun, salah satu masalah yang terjadi di masyarakat adalah kurangnya jumlah pemasangan mesin pendingin seperti AC pada rumah kost ataupun asrama yang memiliki ruangan berukuran kecil, yang disebabkan oleh biaya yang mahal. Oleh karena itu, penulis


(23)

2

memutuskan untuk merancang sebuah mesin pendingin ruangan menggunakan energi surya dengan media pendingin terdiri dari campuran air, garam, dan es, dimana mesin pendingin ruangan ini diharapkan mampu menyejukkan ruangan, ramah lingkungan, dan bernilai ekonomis.

1.2 Tujuan

1. Untuk mengetahui kelebihan styrofoam sebagai material utama mesin pendingin ruangan.

2. Menentukan dimensi desain mesin pendingin ruangan.

3. Untuk mengetahui efek penurunan titik beku dengan menggunakan garam.

4. Untuk mengetahui ukuran ruangan yang dapat disejukkan oleh mesin pendinginruangan.

1.3 Batasan Masalah

1. Penggunaan material styrofoam pada mesin pendingin ruangan.

2. Penggunaan campuran air 1L, garam 250g, dan es 2L sebagai media pendingin.

3. Penggunaan kipas DC 12W sebagai sumber aliran angin.

1.4 Manfaat Penulisan

1. Menghasilkan sebuah mesin pendingin ruangan yang hemat energi dan ramah lingkungan.

2. Sebagai wacana dalam teknik pendingin yang dapat dilanjutkan untuk penelitian yang lebih lanjut.

1.5 Sistematika Penulisan

Laporan skripsi ini tersusun atas lima (5) bab, yaitu:

Bab I yaitu pendahuluan, yang membahas latar belakang penulisan skripsi, tujuan, batasan masalah, dan manfaat penulisan skripsi.

Bab II yaitu tinjauan pustaka, membahas teori - teori yang dapat mendukung dan menjadi pedoman dalam penyusunan skripsi. Pada bab ini


(24)

3

dibahas teori tentang mesin pendingin, styrofoam, media pendingin dan energi surya.

Bab III yaitu metodologi, yang berisikan bagaimana diagram alir perancangan yang dimulai dari penentuan dimensi, desain mesin pendingin ruangan, penyiapan alat dan bahan, serta perakitan mesin pendingin ruangan ini.

Bab IV yaitu analisa dan pembahasan, yang membahas hasil perancangan. Bab V yaitu kesimpulan dan saran, yang membahas tentang kesimpulan dan saran.


(25)

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mesin Pendingin

2.1.1 Pengertian Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah suatu peralatan yang digunakan untuk mendinginkan air, atau peralatan yang berfungsi untuk memindahkan panas ke suatu tempat yang temperaturnya lebih tinggi. Didalam sistem pendinginan dalam menjaga temperatur rendah memerlukan pembuangan kalor dari produk pada temperatur rendah ke tempat pembuangan kalor yang lebih tinggi.[4]

Teknik refrigerasi merupakan salah satu ilmu dalam mempelajari mesin pendingin. Teknik refrigerasi adalah semua teknik yang digunakan untuk menurunkan temperatur suatu medium sampai lebih rendah daripada temperatur lingkungannya. Dalam melakukan proses penurunan suhu ini, maka sejumlah energi dalam bentuk panas harus diambil dari medium tersebut dan dibuang ke lingkungan. Secara alami, panas hanya akan berpindah dari medium yang temperaturnya lebih tinggi ke medium yang temperaturnya lebih rendah. Dengan kata lain, perpindahan panas dari medium yang dingin ke medium yang lebih panas tidak akan mungkin terjadi secara alami. Maka untuk membuat proses ini terjadi, digunakanlah teknik refrigerasi. Karena refrigerasi adalah sebuah proses yang bertujuan menurunkan temperatur, maka proses ini sering disebut dengan istilah fungsi refrigerasi yang artinya proses yang berfungsi menurunkan temperatur sampai dapat mencapai temperatur lingkungan.[5]

2.1.2 Sejarah Mesin Pendingin

Pada jaman dahulu belum belum terdapat lemari es atau jenis – jenis lain mesin pendingin. Oleh karena itu, pada saat itu proses refrigerasi dilakukan dengan cara alami yaitu memanfaatkan es atau objek yang lebih dingin.[6]

Di Eropa, Amerika, dan Iran sejumlah rumah es dibangun untuk menyimpan es. Serbuk gergaji atau serutan kayu adalah bahan yang digunakan untuk insulasi kalor. Seiring dengan perkembangan teknologi material, kemudian


(26)

5

gabus digunakan untuk insulasi. Berdasarkan informasi yang didapatkan dari literatur, es hanya selalu tersedia untuk para kaum bangsawan yang mampu.

Di India, kaisar Mogul sangat menyukai es selama musim panas yang terik di Delhi dan Agra, dan pada saat itu es biasanya dibuat dengan cara pendinginan nokturnal, yaitu membiarkan udara malam hari membuat es.

Pada tahun 1803, Frederick Tudor dari Amerika, mulai menjual es dengan memotong es dari sungai Hudson dan kolam di Massachusetts lalu mengekspornya ke sejumlah negara termasuk India. Di India, Es yang dijual Tudor lebih murah daripada es yang dibuat masyarakat lokal yang dibuat dengan cara pendinginan nokturnal. Tudor sendiri dikenal sebagai raja es pada saat itu.[6]

Perdagangan es di Amerika utara merupakan bisnis yang berkembang pesat. Es dikirimkan ke daerah selatan dengan kereta yang berinsulasi gabus setebal 0.3 m.

Perdagangan es juga populer di beberapa negara seperti Inggris, Rusia, Kanada, Norwegia, dan Perancis. Di negara – negara ini es didapatkan dari daerah yang lebih dingin atau dengan menyimpan es yang terjadi di musim dingin. Puncak perdagangan es terjadi pada tahun 1872 ketika Amerika sendiri mengekspor 225000 ton es ke negara-negara yang sangata jauh seperti Cina dan Australia. Namun, dengan berkembangnya teknologi refrigerasi buatan, perdagangan berangsur – angsur menurun.[6]

Terdapat dua bidang pendinginan yang saling terkait dalam pendinginan yaitu bidang refrigerasi dan pengkondisian udara. Aplikasi teknik pendinginan dapat dijumpai di berbagai bidang seperti di bidang industri.Pengkondisian udara digunakan untuk mendapatkan suhu dan kelembaban yang nyaman bagi pekerja. Beberapa sistem dirancang untuk mendapatkan kondisi udara dimana debu hampir tidak ada (ruang steril) seperti pada industri elektronika. Industri percetakan perlu udara dengan tingkat kelembaban tertentu sehingga kertas tidak menggumpal dan tinta cepat kering. Kelembaban yang tinggi juga dapat menyebabkan terjadinya korsleting. Perkantoran dan perumahan saat ini umum menggunakan AC (Air Conditioner) untuk menambah kenyamanan ruangan.

Awal dari AC (Air Conditioner) sudah dimulai sejak jaman Romawi yaitu dengan membuat penampung air yang mengalir di dalam dinding rumah sehingga


(27)

6

menurunkan suhu ruangan.Tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa karena biaya membangunnya sangatlah mahal karena membutuhkan air dan juga bangunan yang tidak biasa. Hanya para raja dan orang kaya saja yang dapat membangunnya pada saat itu.[2]

Pada tahun 1820, ilmuwan Inggris bernama Michael Faraday menemukan cara baru mendinginkan udara dengan menggunakan gas amonia dan pada tahun 1842 seorang dokter menemukan cara mendinginkan ruangan dirumah sakit Apalachicola yang berada di Florida, Amerika Serikat. Dr.Jhon Gorrie adalah dokter yang menemukannya dan ini merupakan cikal bakal dari teknologi AC (Air Conditioner) tetapi beliau meninggal pada tahun 1855 sebelum sempat

menyempurnakannya.[2]

Willis Haviland Carrier seorang Insinyur dari New York Amerika menyempurnakan penemuan dari Dr.Jhon Gorrie tetapi AC ini digunakan bukan untuk kepentingan atau kenyamanan manusia melainkan untuk keperluan percetakan dan industri lainnya.

Penggunaan AC untuk perumahan baru dikembangkan pada tahun 1927 dan pertama dipakai disebuah rumah di Mineapolis, Minnesota.Saat ini AC sudah digunakan disemua sektor, tidak hanya industri saja tetapi juga sudah di perkantoran dan perumahan dengan berbagai macam bentuk dari mulai yang besar hingga yang kecil. Semuanya masih berfungsi sama, yaitu untuk mendinginkan suhu ruangan agar orang merasa nyaman.

Dr.Jhon Gorrie membuat mesin pendingin berawal dari banyaknya pasien yang menderita malaria atau penyakit lain dengan gejala demam tinggi.Ketika itu udara terasa panas sehingga membuat pasien tidak nyaman. Oleh sebab itu, pria kelahiran Charleston, California Selatan, 3 Oktober 1802 ini memutar otak bagaimana caranya agar suhu tubuh para pasien bisa turun. Setelah melihat kipas angin yang ada di depannya, ia menemukan ide.Ia memasang bongkahan es batu di depan kipas, sehingga hawa dingin es bisa tersebar oleh tiupan angin dari kipas.Tercetus pada ide itu, maka John berniat menyeriusi pembuatan mesin pendingin (AC).[2]

Pada tahun 1844, pria lulusan kedokteran dan ilmu bedah di kota New York ini merancang dan mengembangkan mesin eksperimen pembuat es.Mesin


(28)

7

ciptaannya didasarkan pada hukum fisika bahwa panas selalu mengalir dari gas atau cairan yang lebih panas menuju gas atau cairan yang lebih dingin.Mesin tersebut bekerja dengan cara memadatkan gas (kompres) sehingga menjadi panas, kemudian gas tersebut dialirkan ke koil – koil untuk diturunkan tekanannya (dekompres).Alhasil, udara menjadi dingin.

Untuk mengembangkan penemuannya, pada tahun 1845, Gorrie memutuskan untuk berhenti praktik sebagai dokter.Enam tahun berikutnya, ia berhasil menerima hak paten yang merupakan hak paten pertama yang dikeluarkan untuk sebuah mesin pendingin.Inilah awalnya ditemukan mesin pendingin yang kini dikenal dengan istilah Air Conditioner.[2]

2.2 Pemilihan Styrofoamsebagai Bahan Utama 2.2.1 Pengertian dan Karakteristik Styrofoam

Styrofoam yang memiliki nama lain polystyrene banyak digunakan oleh manusia dalam kehidupannya sehari – hari. Begitu styrofoam diciptakan pun langsungmarak digunakan di Indonesia. Banyak keunggulan pada styrofoam yang yang akansangat menguntungkan bagi para penjual makanan seperti tidak mudah bocor, praktis dan ringan sudah pasti lebih disukai sebagai pembungkus makanan mereka.Bahkan kita tidak dapat dalam satu hari saja tidak menggunakan bahan polimer sintetik.[7]

Polystyrene adalah sebuah dengan monomer, sebuah hidrokarbon cair yang dibuat secarakomersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan, polistirena biasanya bersifat padat, dapatmencair pada suhu yang lebih tinggi. Stirena tergolong senyawa aromatik.Polistirena pertamakali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang apoteker Jerman. Ketika mengisolasi zattersebut dari resin alami, dia tidak menyadari apa yang dia telah temukan. Seorang kimiaanorganik Jerman lainnya, Hermann Staudinger, menyadari bahwa penemuan Simon terdiri darirantai panjang molekul stirena, yang adalah sebuah polimer plastik.Polistirena padat murniadalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapatdibentuk menjadi berbagai macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet padasaat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis inidikenal dengan nama High Impact


(29)

8

Polystyrene (HIPS). Polistirena murni yang transparan bisadibuat menjadi beraneka warna melalui proses. Polistirena banyak dipakai dalam produk – produkelektronik sebagai casing, kabinet, dan komponen – komponen lainnya. Peralatan rumah tangga yang terbuat dari polistirena seperti sapu, sisir, baskom, gantungan baju, dan ember.[7]Karakteristik dari styrofoam diberikan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Karakteristik Styrofoam[8]

Sifat Fisis Ukuran

Densitas 25 – 200 kg/m3

Konduktivitas Thermal 0,033 W/mK

Modulus Young (E) 3000 – 3600 MPa

Kekuatan Tarik 40 – 60 MPa

2.2.2 Styrofoam sebagai Insulasi Termal

Insulasi termal (isolasi termal, isolasi panas) adalah metode atau proses yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas/kalor. Panas atau energi panas (kalor) bisa dipindahkan dengan cara konduksi, konveksi, dan radiasi atau ketika terjadi perubahan wujud. Mengenai insulasi termal, hanya dibicarakan perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Aliran panas dapat dikendalikan dengan proses ini, tergantung pada sifat material yang dipergunakan. Bahan yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas itu disebut isolator atau insulator. Panas dapat lolos meskipun ada upaya untuk menutupinya, tapi isolator mengurangi panas yang lolos tersebut.[9]

Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah hasil akhirnya, yaitu masuknya dingin dan keluarnya panas. Isolator juga dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin lebih lama dari biasanya. Insulator digunakan untuk memperkecil perpindahan energi panas.

Kemampuan insulasi suatu bahan diukur dengan konduktivitas termal (k). Konduktivitas termal yang rendah setara dengan kemampuan insulasi (resistansi


(30)

9

termal atau nilai R) yang tinggi. Dalam teknik termal, sifat – sifat lain suatu bahan

insulator atau isolator adalah densitas (ρ) dan kapasitas panas spesifik (c).[9] Tabel 2.2 Konduktivitas Thermal Bahan[10]

No Bahan Konduktivitas Thermal k (W/mK)

1 Styrofoam 0,033

2 Kaca 0,78

3 Plastik 0,15

4 Kayu 0,08 – 0,16

5 Tembaga 386

6 Aluminium 200

7 Stainless Steel 15

Bahan dengan konduktivitas termal (k) rendah menurunkan laju aliran panas. Oleh sebab itulah, styrofoam dipilih sebagai bahan utama dalam pembuatan mesin pendingin ruangan. Selain memiliki nilai konduktivitas termal yang rendah, pemilihan styrofoam ditinjau juga dari segi ekonomis dan kepraktisannya.

2.3 Sifat dan Kekuatan Bahan

Kekuatan bahan adalah topik yang berkaitan dengan perilaku benda padat akibat tegangan dan regangan. Metode yang digunakan untuk memprediksi respon struktur akibat beban dan kerentanannya memperhitungkan sifat bahan seperti yield strength, kekuatan maksimum, Modulus Young , dan rasio Poisson.[11]

Densitas dari suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus:

ρ =

�……….……….(2-1)

Dimana: ρ = Densitas (kg/m3)

m = Massa (kg) V = Volume (m3)

Tegangan yang terjadi akibat gaya yang bekerja pada suatu penampang dapat dicari dengan rumus:


(31)

10

=

�……….……….(2-2)

Dimana: � = Tegangan (Pa)

F = Gaya (N)

A = Luas penampang (m2)

Dengan diketahuinya nilai Modulus Young suatu bahan, maka regangan dapat dicari dengan menggunakan rumus:[12]

=

=

�……….(2-3)

Dimana: � = Regangan

∆ = Pertambahan panjang (cm)

l = Panjang mula – mula (cm) E = Modulus Young (Pa)

2.4 Media Pendingin

Media pendingin (cooling media) adalah media yang digunakan untuk mengantarkan efek refrigerasi ke tempat yang membutuhkan.[13] Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Sistem pendingin udara pada unit yang besar, seperti bangunan komersial, menempatkan siklus pendingin terpusat pada suatu tempat. Dan ruangan yang menggunakan efek refrigerasi relatif jauh dari unit ini. Untuk keperluan ini adalah lebih baik menggunakan medium lain daripada harus mensirkulasikan refrigeran ke tiap ruangan. Medium yang lain inilah yang disebut sebagai medium pendingin atau sering juga disebut sebagai refrigeran sekunder. Medium yang biasanya sering digunakan adalah air, glycol, dan larutan garam.

Adapun syarat – syarat yang harus terpenuhi dari suatu media pendingin adalah: [14]

1. Tidak meninggalkan zat racun atau zat berbahaya lainnya

2. Mempunyai kemampuan untuk menyerap panas

3. Mudah dan praktis dalam penggunaannya


(32)

11

Pemakaian media pendingin juga berguna dalam penentuan sifat dan fasa dari sturktur yang terbentuk setelah material didinginkan.Secara garis besar ada dua jenis media pendingin yang digunakan, yaitu media pendingin dengan tingkat kerapatan yang rendah dan media pendingin dengan tingkat kerapatan yang tinggi. Apabila disusun dengan urutan yang terperinci dari media pendingin yang memiliki densitas yang tinggi sampai yang paling rendah, maka diperoleh urutan sebagai berikut: air garam, air, solar, oli, dan udara.

Untuk media pendingin dengan kerapatan yang tinggi, laju pendinginan akan berlangsung secara cepat, karena proses transfer kalor lebih mudah terjadi apabila jarak molekul lebih kecil. Untuk media pendingin yang memiliki tingkat kerapatan rendah, laju pendinginan akan berlangsung secara lambat, karena proses transfer kalor tidak dapat berlangsung dengan mudah pada molekul – molekul yang memiliki jarak yang besar.[15]

2.5 Air, Garam, dan Es

2.5.1 Air sebagai Media Pendingin

Air sebagai media pendingin telah digunakan sejak lama. Bahkan sebelum ditemukannya jenis – jenis refrigeran lainnya, air telah digunakan sebagai media pendingin. Pada masa sekarang ini, pengggunaan air sebagai media pendingin telah semakin berkurang dikarenakan kemampuan air dalam menurunkan suhu lebih lambat daripada refrigeran lainnya. Namun dikarenakan beberapa hal, air juga memiliki beberapa keunggulan jika dibandingkan dengan refrigeran – refrigeran lainnya.[16]

Beberapa faktor yang membuat air menjadi coolant yang baik adalah:[16] 1. Sangat berlimpah dan tidak mahal.

2. Dapat ditangani dengan mudah dan aman digunakan.

3. Dapat membawa panas per unit volume dalam jumlah besar.

4. Mengalami pengembangan atau penyusutan volume dalam jumlah cukup kecil pada perubahan suhu dalam range normal.


(33)

12

Pada umumnya air digunakan sebagai media pendingin karena faktor – faktor sebagai berikut:[16]

1. Air merupakan materi yang mudah diperoleh dalam jumlah besar.

2. Mudah dalam pengaturan dan pengolahan.

3. Menyerap panas cukup tinggi per satuan volume.

4. Tidak mudah menyusut secara berarti dalam batasan dengan adanya perubahan temperatur pendingin.

Adapun syarat- syarat air yang digunakan sebagai media pendingin:[11] 1. Jernih, maksudnya air harus bersih, tidak terdapat partikel – partikel kasar

yaitu batu, kerikil, atau partikel- partikel halus seperti pasir, tanah, dan lumut yang menyebabkan air kotor.

2. Tidak menyebabkan korosi.

2.5.2 Sifat Koligatif Larutan

Sifat – sifat larutan yang tidak bergantung pada jenis zat terlarut, tetapi hanya pada konsentrasi partikel terlarutnya disebut sifat koligatif. Selain sifat yang bergantung pada jenis zat terlarut, ada beberapa sifat larutan yang hanya bergantung pada konsentrasi partikel zat terlarut. Artinya, larutan zat yang berbeda akan mempunyai sifat yang sama, asalkan konsentrasi partikel terlarutnya sama.[17]

Sifat koligatif larutan dapat dibagi menjadi 4, yaitu:[17] 1. Kenaikan titik didih

2. Penurunan titik beku

3. Penurunan tekanan uap jenuh

4. Tekanan osmotik

Salah satu sifat tersebut yaitu penurunan titik beku. Penurunan titik beku adalah selisih antara titik beku pelarut dengan titik beku larutan. Hal ini dapat ditunjukkan dengan ilustrasi pada Gambar 2.1.


(34)

13

Gambar 2.1 Perbedaan Titik Beku Air dengan Tiga Jenis Larutan Lain[17] Sebagaimana telah diketahui, air murni membeku pada suhu 0 oC. Pada Gambar 2.1b, ditunjukkan bahwa larutan 0,1 mol urea dalam 1 kg air membeku pada suhu -0,18 oC. Berarti, larutan itu mempunyai penurunan titik beku, yaitu selisih titik bekunya dengan titik beku air murni, sebesar 0,18 oC. Pada Gambar 2.1b dan 2.1c, ditunjukkan bahwa penurunan titik beku (ΔTf) larutan urea bergantung pada konsentrasi zat terlarut, dimana penurunan titik beku menjadi dua kali lebih besar jika jumlah mol urea yang dilarutkan diduakalikan. Pada Gambar 2.1b dan 2.1d, juga ditunjukkan bahwa penurunan titik beku tidak bergantung pada jenis zat terlarut, melainkan hanya pada jumlah mol zat terlarutnya. Larutan urea dan larutan glukosa berkonsentrasi sama mempunyai penurunan titik beku yang sama.

Sifat koligatif hanya bergantung pada jumlah relatif kelompok zat terlarut didalam larutan. Larutan 0,1 mol urea dalam 1 kg air (Gambar 2.1b) dan larutan 0,1 mol glukosa dalam 1 kg air (Gambar 2.1d) mempunyai penurunan titik beku yang sama karena mempunyai jumlah kelompok zat terlarut yang sama. Sebagaimana diketahui 0,1 mol urea dan 0,1 mol glukosa mempunyai jumlah partikel (molekul) yang sama yaitu:[17]

X = n x L………(2-4)

Dimana: X = Jumlah partikel (molekul)

n = jumlah mol (mol)

L = Bilangan Avogadro = 6,02 x 1023

Jumlah mol (n) dapat dihitung dengan persamaan:

n =


(35)

14

Dimana: G = Massa zat (g)

Mr = Massa atom relatif (g/mol)

2.5.3 Garam Dapur sebagai Media Penurunan Titik Beku

Garam dapur merupakan zat elektrolit dengan rumus kimia NaCl yang berbentuk kristal kubus yang transparan. Garam tidak dapat terbakar serta mempunyai titik leleh 801 0C. Garam dapur merupakan senyawa yang tersusun dari asam kuat HCl dan basa kuat NaOH. Apabila unsur ini direaksikan, maka akan terbentuk NaCl dan H2O. Hasil dari bahan tadi bila disatukan akan membentuk suatu larutan yang disebut larutan garam. Larutan yang terbentuk merupakan campuran yang homogen, partikel – partikelnya sangat kecil namun tersebar merata meskipun dibiarkan dalam waktu yang lama.[18] Larutan garam adalah larutan yang berupa larutan elektrolit dimana jumlah partikel didalam larutan akan lebih banyak karena zat elektrolit terurai menjadi ion – ion yang mengakibatkan penurunan titik beku semakin rendah.

Rumus untuk penurunan titik beku (ΔTf) adalah sebagai berikut.[17]

ΔTf = m x kfx i…………..……..……….(2-6)

Dimana: ΔTf = Penurunan titik beku larutan (0C) m = Molalitas (m)

Kf= Tetapan penurunan titik beku molal (0C/mol)

i = Faktor Van’t Hoff

Molalitas dapat dicari dengan menggunakan persamaan:

m = n x

1000

P

=

G Mr

x

1000

P ……….……...…….………..(2-7)

Dimana: m = Molalitas (m)

n = Jumlah mol (mol)

P = Massa zat pelarut (gram) G = Massa zat (g)


(36)

15

Sehingga suhu akhir larutan dapat dihitung dengan rumus:[17]

= �

� − ∆�……….……..…….(2-8)

Dimana: Tf larutan = Titik beku larutan (0C) Tf pelarut = Titik beku pelarut (0C)

ΔTf = Penurunan titik beku larutan (0C)

Penambahan garam dapur pada air bertujuan untuk menurunkan titik beku dari larutan tersebut, sehingga penyerapan kalor dapat bekerja lebih maksimal. Tingkat penurunan titik beku bergantung pada dua faktor utama, yaitu massa atom

relatif dari unsur dan faktor Van’t Hoff nya. Garam dipilih sebagai media

penurunan titik beku disebabkan karena garam mempunyai massa atom relatif

yang kecil dan merupakan senyawa ion dengan nilai faktor Van’t Hoff nya adalah

dua.

2.5.4 Campuran Air, Garam, dan Es

Campuran air, garam, dan es digunakan sebagai media pendingin pada mesin pendingin ruangan. Garam terlebih dahulu dilarutkan dalam air untuk menurunkan titik beku air tersebut menjadi dibawah 0 0C.[19]Es berfungsi sebagai media pendingin awal untuk mendinginkan larutan garam yang telah diturunkan titik bekunya tersebut. Pada mesin pendingin ruangan akan digunakan campuran air, garam, dan es dengan kapasitas masing – masing 1 L, 250 gram, dan 2 L.

2.6 Ukuran Ruangan

Ukuran ruangan dipengaruhi oleh besar beban pendingin yang terjadi pada ruangan tersebut. Umumnya, beban pendingin yang terjadi dalam suatu ruangan merupakan perpaduan antara beban pendingin sensibel, beban pendingin laten, dan beban pendingin yang terjadi akibat perpindahan panas.

Ukuran ruangan juga dipengaruhi oleh nilai insulasi ruangan (I) dan konstanta arah ruangan (E). Nilai insulasi ruangan (I) bervariasi bergantung pada letak ruangan, sedangkan nilai konstanta arah ruangan (E) bergantung pada arah hadapan jendela atau ventilasi. Penjelasan mengenai nilai insulasi ruangan dijelaskan pada Tabel 2.3 dan konstanta arah ruangan pada Tabel 2.4.


(37)

16

Tabel 2.3 Nilai Insulasi Ruangan[20]

Letak Ruangan Nilai Insulasi Ruangan (I)

Lantai bawah atau berimpit dengan ruang lain 10

Lantai atas 18

Tabel 2.4 Konstanta Arah Ruangan[20]

Arah Jendela / Ventilasi Konstanta Arah Ruangan (E)

Utara 16

Timur 17

Selatan 18

Barat 20

Besar beban pendingin diperoleh dengan rumus:

Q = Qs,tot + Ql,tot + Qpp ,tot ………..….………..(2-9)

Dimana: Q = Beban pendingin (w)

Qs,tot = Beban sensibel total (W) Ql,tot = Beban laten total (W)

Qpp ,tot = Beban perpindahan panas total (W)

Data beban sensibel total, beban laten total, dan beban perpindahan panas total diambil dari data pengujian.

Setelah diketahui nilai – nilai diatas, maka dapat dicari ukuran ruangan dengan rumus:[20]

L x W x H = Q x 60

I x E

x

1

3,283 x 0,29307107 ……….(2-10)

Dimana: L = Panjang ruangan (m)

W = Lebar ruangan (m) H = Tinggi ruangan (m) Q = Beban pendingin (W) I = Nilai insulasi ruangan E = Konstanta arah ruangan


(38)

17

Dengan mengasumsikan bahwa ukuran panjang, lebar, dan tingginya adalah sama, maka ukuran tersebut dapat dicari dengan rumus:

L = W = H = 3 L x W x H………...(2-11)

2.7 Energi Surya 2.7.1 Panel Surya

Panel surya mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sel silikon (disebut juga solar cell) yang disinari matahari/surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah solar cell menghasilkan kurang lebih tegangan 0,5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimum).[21]

Gambar 2.2 Panel Surya[22]

Energi yang dihasilkan oleh panel surya dapat dihitung dengan persamaan:[23]

E = P x t ………..(2-12)

Dimana: E = Energi (Wh)

P = Daya (W)

tp= Waktu puncak (h)

Sedangkan efisiensi panel surya dihitung dengan menggunakan persamaan:[24]

η= Pmax Pin

x 100% ...(2-13)

Dimana: η = Efisiensi panel surya

Pmax = Daya maksimum (W)


(39)

18

Daya maksimum dihitung dengan persamaan:[24]

Pmax = Voc x FF x Isc ………..……….(2-14)

Dimana: Pmax = Daya maksimum (W)

Voc = Tegangan rangkaian terbuka (V) FF = Fill factor

Isc = Kuat arus rangkaian pendek (A)

Nilai dari fill factor (FF) dapat dihitung dengan persamaan:

FF =

Vm Im

Voc Isc………..(2

-15)

Dimana: FF = Fill factor

Vm = Tegangan maksimum (V)

Im = Kuat arus maksimum (A)

Voc = Tegangan rangkaian terbuka (V) Isc = Kuat arus rangkaian pendek (A)

Sedangkan daya cahaya insiden dapat dihitung dengan persamaan:[24] Pin = Gt x A ………(2-16)

Dimana: Pin = Daya cahaya insiden (W)

Gt = Radiasi pasti (W/m2) A = Luas penampang (m2)

2.7.2 Charge Controller

Pada waktu solar panel mendapatkan energi dari cahaya matahari di siang hari, rangkaian charger controller ini otomatis bekerja dan mengisi (charge) baterai dan menjaga tegangan baterai agar tetap stabil.[21]

Bila kita menggunakan baterai 12 V, maka rangkaian ini akan menjaga agar tegangan charger 12 V + 10%, tegangan charger yang di butuhkan antara 13,2 – 13,4 Volt. Apabila sudah mencapai tegangan tersebut, rangkaian ini otomatis akan menghentikan proses pengisian baterai tersebut. Sebaliknya apabila


(40)

19

tegangan baterai turun/drop hingga 11 Volt, maka baterai akan diisi kembalisehingga baterai tidak akan habis.

Secara keseluruhan, fungsi dari charge controller ini yaitu untuk menjaga agar baterai tidak kelebihan (over charger) dan kehabisan tegangan (under charger) dengan begitu maka umur dari baterai bertambah lama.[21]

Gambar 2.3Charge Controller[25]

2.7.3 Akumulator

Akumulator (accu, aki) adalah sebuah alat yang dapat menyimpan energi (umumnya energi listrik) dalam bentuk energi kimia. Contoh – contoh akumulator adalah baterai dan kapasitor.[26]

Di dalam standar internasional, setiap satu cell akumulator memiliki tegangan sebesar 2 volt. sehingga aki 12 volt memiliki 6 cell sedangkan aki 24 volt memiliki 12 cell. Secara sederhana aki merupakan sel yang terdiri dari elektrode Pb sebagai anode dan PbO2 sebagai katode dengan elektrolit H2SO4.[26]


(41)

20

Muatan yang diperoleh oleh aki selama pengecasan dapat dihitung dengan rumus:

=

� …………...……… (2-17)

Dimana: Q = Muatan listrik (Ah)

E = Energi (Wh)

V = Tegangan listrik (V)

2.8 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan

Panel surya yang disinari oleh matahari, akan menyerap energi matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Energi tersebut diteruskan ke charge controller yang berfungsi untuk menstabilkan arus listrik yang masuk ke dalam aki. Energi listrik tersebut disimpan dalam aki, sehingga penggunaan mesin pendingin ruangan juga dapat digunakan pada malam hari ataupun pada kondisi cuaca mendung. Energi listrik tersebut digunakan untuk menghidupkan kipas angin yang tersambung pada aki.

Setelah kipas angin dihidupkan, udara yang berasal dari lingkungan akan dihisap masuk ke dalam mesin pendingin. Udara tersebut perlahan – lahan akan menurun suhunya akibat bersinggungan dengan media pendingin air, garam, dan es yang menyerap kalor dari udara luar tersebut, sehingga akan dihasilkan udara yang sejuk yang keluar melalui pipa elbow.


(42)

21

BAB III

METODOLOGI PERANCANGAN

3.1 Diagram Alir Perancangan

Dalam melakukan rancang bangun sebuah mesin pendingin ruangan, sebelumnya diperlukan tahapan – tahapan dalam proses pembuatannya hingga menghasilkan sebuah model jadi. Secara garis besar, tahap proses perancangan ini dilaksanakan secara sistematis sesuai dengan diagram alir berikut ini.

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Mesin Pendingin Ruangan PENENTUAN DIMENSI MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN MEMPERTIMBANGKAN KAPASITAS MEDIA PENDINGIN YANG

AKAN DIGUNAKAN

PEMBUATAN DESIGN DENGAN AUTOCAD 2011

PENYIAPAN ALAT DAN BAHAN

PERAKITAN MESIN PENDINGIN RUANGAN

UJI COBA BERHASIL

YA

TIDAK MULAI


(43)

22

3.2 Penentuan Dimensi Mesin Pendingin Ruangan

Dalam melakukan rancang bangun suatu mesin pendingin ruangan, maka terlebih dahulu dilakukan penentuan dimensinya. Penentuan dimensi ini tentunya harus mempertimbangkan kapasitas media pendingin yang akan digunakan. Dalam hal ini, dimensi dari mesin pendingin ruangan adalah dimensi dari bahan utamanya yaitu styrofoam. Adapun dimensi dari mesin pendingin ruangan adalah sebagai berikut.

Tabel 3.1 Penentuan Dimensi Mesin Pendingin Ruangan

No. Nama Simbol Dimensi Satuan

1 Dimensi Dalam p x l x t 36 x 22 x 13 cm x cm x cm

2 Panjang P 40 cm

3 Lebar L 26 cm

4 Tinggi T 17,8 cm

5 Diameter Lubang 1 (kipas) D1 15 cm

6 Diameter Lubang 2 (pipa) D2 8,3 cm

Gambar 3.2 Dimensi Mesin Pendingin Ruangan

3.3 Pembuatan Desain Mesin Pendingin Ruangan

Setelah memiliki dimensi yang pasti, maka pembuatan desain mesin pendingin ruangan dapat dilakukan. Adapun pembuatan desain ini dilakukan


(44)

23

Gambar 3.3 Desain Mesin Pendingin Ruangan

3.4 Penyiapan Alat dan Bahan Perancangan

Pada tahap ini dilakukan pencarian dan pengumpulan alat dan bahan yang diperlukan dalam pengkonstruksian mesin pendingin ruangan ini. Berikut ini adalah alat – alat dan bahan – bahan yang diperlukan dalam mengkonstruksi mesin pendingin ruangan.

3.4.1 Penyiapan Alat

Berikut ini adalah alat – alat yang diperlukan dalam pengerjaan mesin pendingin ruangan.

1. Cutter

Alat ini digunakan untuk membuat dua lubang pada styrofoam yakni lubang untuk kipas angin dan lubang keluaran (output).

Gambar 3.4 Cutter

2. Jangka

Alat ini digunakan untuk membuat lingkaran lubang sesuai dengan dimensi kipas angin dan pipa elbow.

 Panjang: 15 cm  Berat: 0,3 kg


(45)

24

Gambar 3.5 Jangka

3. Gelas ukur

Alat ini digunakan untuk mengukur volume air dan es yang digunakan sebagai media pendingin.

Gambar 3.6 Gelas Ukur

4. Timbangan Dapur

Alat ini digunakan untuk menimbang massa garam yang digunakan sebagai media pendingin.

Gambar 3.7 Timbangan Dapur

5. Laptop

Alat ini digunakan pada penggunaan software Autocad yakni pada pembuatan desain.

 Panjang: 16 cm  Berat: 0,2 kg

 Diameter: 7,5 cm  Tinggi: 13 cm

 Volume indikator: 0,5 L  Berat: 0,1 kg

 Dimensi: 15x15x15 cm  Kapasitas: 5 kg


(46)

25

Gambar 3.8 Laptop ASUS A46CM

3.4.2 Penyiapan Bahan

Berikut ini adalah bahan – bahan yang diperlukan dalam pengerjaan mesin pendingin ruangan.

1. Styrofoam

Styrofoam mempunyai tingkat konduktivitas termal (k) yang kecil sehingga sangat cocok digunakan sebagai bahan isolator mesin pendingin ruangan.

Gambar 3.9 Styrofoam

2. Kipas Angin DC

Kipas angin digunakan untuk menciptakan aliran udara sehingga udara dingin dalam kotak styrofoam dapat dipaksa keluar. Alasan penggunaan kipas angin dengan sumber arus searah / Direct Current (DC) dikarenakan suplai arus dari panel surya adalah arus searah.

Processor: Intel® Core™ i5 3317U -1.7GHz

Chipset: Intel® HM76

Memory: 4GB DDR3 PC-12800, up to 8GB (2 DIMMs)

Hard Drive: 500GB Serial ATA 5400 RPM

Optical Drive: DVD/RW Super Multi DL

Display: 14.1” WXGA LED with

1366x768 Max Resolution and LED backlight technology

Battery: Rechargeable Lithium-ion Battery 4-Cell Battery

 Panjang: 40 cm  Lebar: 26 cm  Tinggi: 17,8 cm


(47)

26

Gambar 3.10 Kipas Angin DC

3. Pipa Elbow

Pipa elbow digunakan untuk mengarahkan arah keluarnya udara dingin dari vertikal menjadi horizontal. Hal ini dilakukan agar udara dapat diarahkan keluar menuju pengguna. Dalam konstruksi ini digunakan pipa

elbowdengan ukuran diameter 2 ½ ”.

Gambar 3.11 Pipa Elbow

4. Panel Surya

Panel suryadigunakan untuk menangkap energi surya dari matahari untuk diubah menjadi energi listrik yang digunakan untuk menghidupkan kipas.

Gambar 3.12 Panel Surya

 Daya: 12 W

 Tegangan: 12 V (DC)  Kuat Arus: 1 A

 Daya maks: 100 W  Tegangan maks: 18,9 V  Kuat arus maks: 5,3 A

 Tegangan rangkaian terbuka: 22,7 V  Kuat arus rangkaian pendek: 5,8 A  Berat: 7,3 kg

 Dimensi: 1032 x 676 x 25 mm


(48)

27

5. Charge Controller

Charge Controller berfungsi untuk mengatur arus pada pengisian baterai agar terhindari overcharging dan overvoltage.

Gambar 3.13 Charge Controller

6. Akumulator

Akumulator berfungsi sebagai sumber pemasok arus listrik, dimana akumulator yang digunakan terdiri dari 6 cell, dengan setiap cell nya mempunyai tegangan sebesar 2 Volt, sehingga total tegangannya ialah 12V.

Gambar 3.14 Akumulator

7. Komponen perancangan lainnya

Komponen perancangan lainnya yang digunakan dalam merancang mesin pendingin ini adalah:

- Air, berfungsi sebagai media pendingin.

- Garam, berfungsi sebagai media penurunan titik beku.

- Es, berfungsi untuk mendinginkan air yang telah diturunkan titik bekunya.

 Tegangan: 12 V  Kuat Arus: 10 - 12 A

 Tegangan: 12 V  Muatan: 70 Ah


(49)

28

3.5 Perakitan Mesin Pendingin Ruangan

Setelah desain mesin pendingin ruangan telah digambarkan pada software AutoCad 2011, maka perakitan mesin pendingin ruangan ini dapat dilakukan sesuai dengan dimensinya.

Pertama – tama, alat dan bahan yang akan digunakan dalam perakitan mesti dipersiapkan terlebih dahulu. Kemudian, pada styrofoam sebagai bahan utama mesin pendingin ruangan, digambarkan dua lingkaran pada tutup atasnya dengan menggunakan jangka. Lingkaran pertama berdiameter 15 cm dan lingkaran kedua berdiameter 8,3 cm. Setelah itu, digunakan Cutter untuk membuat lubang pada lingkaran tersebut. Adapun lubang tersebut masing – masing merupakan lubang kipas dan lubang pipa elbow.

Media pendingin yang digunakan pada pembuatan mesin pendingin ruangan ini terdiri dari air, garam, dan es dengan kapasitas masing – masing secara berurutan adalah 1 L, 250 g, dan 2 L. Adapun untuk mendapatkan kapasitas volume atau massa yang akurat, maka digunakanlah gelas ukur dan timbangan dapur.

Setelah mesin pendingin ruangan siap dirakit, maka hal terakhir yang dilakukan adalah menyambungkannya ke rangkaian panel surya. Adapun susunannya adalah sebagai berikut.


(50)

29

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Efek Penurunan Titik Beku Garam

Untuk menghitung penurunan titik beku pada garam, mula – mula mesti diketahui terlebih dahulu alasan penggunaan garam. Untuk itu dapat dibandingkan antara 2 jenis zat yaitu garam dan gula, dimana massa gula dan massa garam dianggap sama.

Diketahui:

- Ggaram = Massa garam = 250 g

- Ggula = Massa gula = 250 g

- Mrgaram = Massa atom relatif garam (NaCl) = 23 + 35,5

= 58,5 g/mol

- Mrgula = Massa atom relatif gula (C12H22O11) = 12 x 12 + 22 x 1 + 11 x 16

= 342 g/mol

Dengan diketahuinya massa dan massa atom relatif, maka dapat dihitung mol masing – masing zat, yaitu perbandingan antara massa zat dengan massa atom relatifnya.

ngaram = � �

� � �

= 250

58,5

= 4,2735 mol

ngula = �

� �

= 250

342


(51)

30

Seperti yang diketahui bahwa sifat koligatif hanya bergantung pada jumlah partikel zat dalam larutan. Dengan diketahuinya mol garam dan gula, maka dapat dicari jumlah partikel masing – masing zat dalam larutan tersebut.

Diketahui:

- ngaram = Mol garam = 4,2735 mol

- ngula = Mol gula = 0,7310 mol

- L = Bilangan Avogadro = 6,02 x 1023

Maka, jumlah partikel tiap zat tersebut adalah:

Xgaram = ngaram x L

= 4,2735 x 6,02 x 1023 = 2,57265 x 1024 partikel Xgula = ngula x L

= 0,7310 x 6,02 x 1023 = 4,40062 x 1023 partikel

Dapat dilihat bahwa jumlah partikel garam lebih besar daripada jumlah partikel gula dengan besar perbandingan:

� � �

� �

=

2,57625 1024 4,40062 x 1023

= 5,8543

Hal ini setara dengan kebalikan perbandingan massa atom relatif garam dan mol gula yang besarnya adalah:

1 � � �

=

58 ,51 342

= 5,8462

Sebelum menghitung penurunan titik beku, dihitung terlebih dahulu molalitas dari masing – masing larutan.

Diketahui:


(52)

31

- ngula = Mol gula = 0,7310 mol

- V = Volume pelarut = 1 L = 1000 mL

- ρ = Massa jenis pelarut = 1 kg/L = 1 g/mL

- kf = Penurunan titik beku molal = 1,86 0C/m

Untuk menghitung penurunan titik beku, perlu diketahui massa pelarut (P) yang merupakan perkalian antara massa jenis pelarut dengan volume nya.

P = ρ x V

= 1 x 1000 = 1000 gram

Maka molalitas dari masing – masing larutan tersebut adalah: mgaram = � �

1000

= 4,2735 x 1000

1000

= 4,2735 m mgula = �

1000

= 0,7310 x 1000

1000

= 0,7310 m

Alasan lain memilih larutan garam adalah mempertimbangkan salah satu dari sifat koligatif larutan yaitu penurunan titik beku dari senyawa ion. Disini garam merupakan senyawa ion dan glukosa merupakan senyawa hidrokarbon.

Penurunan titik juga dipengaruhi oleh faktor Van’t Hoof (i). Semakin besar nilai i,

semakin besar pula penurunan titik beku larutan yang terjadi. Garam mempunyai nilai i = 2, sedangkan gula hanya mempunyai nilai i = 1.

Maka penurunan titik beku masing – masing larutan dapat dihitung:

�� � � = mgaram x kf x igaram = 4,2735 x 1,86 x 2 = 15,89742 0C

�� = mgula x kf x igula = 0,7310 x 1,86 x 1 = 1,35966 0C


(53)

32

Tahap akhir adalah menentukan titik beku masing – masing larutan dengan titik beku larutan (air) adalah 0 0C.

� � = �

� − �� � �

= 0 – 15,89742 = – 15,89742 0C

= �

� − �� �

= 0 – 1,35966 = – 1,35966 0C

Walaupun massa kedua zat sama, namun perbedaan antara titik beku kedua larutan sangat signifikan, sehingga garam dipilih sebagai media penurunan titik beku.

4.2 Analisa Dimensi Mesin Pendingin

Sebelum melakukan perancangan mesin pendingin ruangan, terlebih dahulu dihitung dimensi mesin pendingin yang diperlukan. Dimensi ini dihitung dengan mempertimbangkan faktor volume media pendingin yang akan digunakan. Volume media pendingin yang digunakan merupakan gabungan antara volume air, volume garam, dan volume es. Sebelum menghitung volume media pendingin total, dihitung terlebih dahulu volume garam.

Diketahui:

- ρgaram = Massa jenis garam = 2160 kg/m3 = 2160 g/L

- mgaram = Massa garam = 250 g

- Vair = Volume air = 1 L

- Ves = Volume es = 2 L

Sehingga volume dari garam adalah:

V

garam

=

� �

� �

=

250

2160


(54)

33

Maka volume total media pendingin adalah: Vtot,mp = Vair + Vgaram + Ves

= 1 + 0,116 + 2 = 3,116 L

Maka, untuk menampung volume media pendingin tersebut, diperlukan kapasitas volume styrofoam yang mempunyai volume lebih besar dari volume media pendingin (Vstyrofoam > 3,116 L). Namun, ada beberapa hal lain yang perlu dipertimbangkan seperti aliran angin pada kipas, sehingga dibutuhkan volume tampung yang minimal berukuran dua kali lebih besar daripada volume media pendingin.

Pada pasaran, terdapat beberapa ukuran standard dari kotak styrofoam. Pada mesin pendingin ruangan ini, dipilih salah satu ukuran standard pada pasaran dengan dimensi sebagai berikut.

Tabel 4.1 Dimensi Styrofoam

No. Nama Simbol Dimensi Satuan

1 Panjang Luar po 40 cm

2 Lebar Luar lo 26 cm

3 Tinggi Luar to 17,8 cm

2 Panjang Dalam pi 36 cm

3 Lebar Dalam li 22 cm

4 Tinggi Dalam ti 13 cm

Kotak styrofoam jenis ini mempunyai kapasitas volume tampung

maksimum sebesar:

Vi,styrofoam = �

1000

= 36 22 13

1000

= 10,296 L

Perbandingan antara kapasitas volume tampung dan volume media pendingin adalah:


(55)

34

��, �

� ,

= 10,296

3,116

= 3,304

Perbandingan yang didapat memenuhi syarat minimum volume tampung. Maka digunakanlah kotak styrofoam ini, dengan volume sebesar:

Vo,styrofoam =

1000

= 40 26 17,8

1000

= 18,512 L

4.3 Analisa Sifat dan Kekuatan Bahan Styrofoam 4.3.1 Densitas Styrofoam

Densitas (kerapatan) merupakan ukuran kepadatan dari suatu material. Untuk menghitung kerapatan diperlukan beberapa data sebagai berikut.

Diketahui:

- m = Massa kotak styrofoam = 720 g = 0,720 kg

- Vo,styrofoam = Volume luar styrofoam = 18,512 L

- Vi,styrofoam = Volume dalam styrofoam = 10,296 L

Volume dari styrofoam dapat dicari dengan menghitung selisih volume luar dan volume dalamnya.

V = Vo,styrofoam– Vi,styrofoam

= 18,512 – 10,296 = 8,216 L

= 8,216 x 10-3 m3

Maka kerapatan dari styrofoam yang digunakan pada mesin pendingin ruangan adalah:

ρ =

=

0,720 8,216 10−3


(56)

35

4.3.2 Kekakuan Styrofoam

Kekakuan styrofoam dilihat berdasarkan besarnya regangan yang terjadi akibat gaya yang diberikan pada styrofoam tersebut. Untuk menghitung besar regangan, diperlukan beberapa data sebagai berikut.

Diketahui:

- Vair = Volume air = 1 L

- ρair = Massa jenis air = 1000 kg/m3 = 1000 g/L

- Ves = Volume es = 2 L

- ρes = Massa jenis es = 920 kg/m3 = 920 g/L

- mgaram = Massa garam = 250 g

- g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

- p = Panjang styrofoam = 40 cm = 0,40 m

- l = Lebar styrofoam = 26 cm = 0,26 m

- t = Tinggi styrofoam = 17,8 cm = 0,178 m

- E = Modulus Young styrofoam = 3300 Mpa = 3,3 x 109 Pa

Mula – mula dihitung terlebih dahulu massa air dan massa es.

mair = ρair x Vair = 1000 x 1 = 1000 g mes = ρes x Ves

= 920 x 2 = 1840 g

Maka massa total media pendingin dan beratnya adalah:

mtot,mp = mair + mgaram + mes

= 1000 + 250 + 1840 = 3090 g

= 3,090 kg w = mtot,mp x g

= 3,090 x 9,81 = 30,3129 N


(57)

36

Berat media pendingin (w) merupakan gaya tarik (F) yang dikerjakan pada dinding depan, kiri, kanan, dan belakang styrofoam.

Selanjutnya dihitung tegangan tarik yang diaplikasikan pada styrofoam dengan menggunakan persamaan:

� =

=

2 +

=

30,3129

2 0,40+0,26 0,178

=

129,013 Pa

Tahap selanjutnya akan dihitung besar regangan pada styrofoam dengan menggunakan persamaan:

=

� = 129,013

3,3 109

= 3,91 x 10-8

Maka besar pertambahan panjang yang terjadi akibat tegangan tarik dapat dihitung dengan persamaan:

∆ =

x l

= 3,91 x 10-8 x 17,8 = 6,96 x 10-7 cm

Dari perhitungan diatas dapat dilihat bahwa styrofoam memiliki kekakuan yang sangat besar.

4.4 Analisa Ukuran Ruangan Terhadap Beban Pendingin

Ukuran ruangan dapat ditentukan setelah diketahui beban pendingin total ruangan. Berikut ini adalah data – data yang akan digunakan untuk menghitung


(58)

37

ukuran ruangan tersebut, dimana data diambil dari analisa beban pendingin pada tanggal 19 Januari 2015.

Diketahui:

- Qs,tot = Beban pendingin sensibel total = 103,345 W

- Ql,tot = Beban pendingin laten total = 118,7024 W

- Qpp,tot = Beban pendingin perpindahan panas total = 35,9775 W

- I = Nilai insulasi ruangan = 18

- E = Konstanta arah ruangan = 17

Nilai beban pendingin total ruangan merupakan jumlah dari beban sensibel, laten, dan perpindahan panas.

Q = , + , + ,

= 103,345 + 118,7024 + 35,9775 = 258,0249 W

Maka ukuran ruangan dapat dicari dengan persamaan:

L x W x H

=

60

1

3,283 0,29307107

=

258,0249 60

18 17

1

3,283 0,0788

= 18,195 m3

Dengan mengasumsikan panjang, lebar, dan tinggi ruangan tersebut adalah sama, maka nilai dari masing – masing ukuran tersebut adalah:

L = W = H = 3 18,195

= 2,630 m

≈ 2,6 m

Maka, ukuran ruangan yang ideal agar mesin pendingin ruangan dapat menyejukkan ruangan tersebut adalah sebesar 2,6 x 2,6 x 2,6 m3.

4.5 Analisa Panel Surya dan Akumulator

Untuk menghitung energi yang diperlukan serta efisiensi dari panel surya, maka dibutuhkan data – data sebagai berikut.


(59)

38

Diketahui:

- Ppanel = Daya panel surya = 100 W

- Pkipas = Daya kipas angin = 12 W

- tp = Waktu puncak = 5 jam

- Voc = Tegangan rangkaian terbuka = 22,7 V

- Isc = Kuat arus rangkaian pendek = 5,8 A

- Vm = Tegangan maksimum = 18,9 V

- Im = Kuat arus maksimum = 5,3 A

- Gt = Radiasi pasti = 1000 W/m2

- A = Luas Penampang = p x l = 1032 mm x 676 mm = 6,9732 m2

Energi yang dihasilkan panel per menitnya adalah: Epanel = Ppanel x t

= 100 x 60 = 6.000 J

Sedangkan untuk mencari energi yang dihasilkan oleh panel surya per harinya, maka dapat dihitung dengan persamaan:

Epanel = Ppanel x tp = 100 x 5 = 500 Wh = 1.800.000 J = 1.800 kJ

Adapun waktu puncak 5 jam didapat dari efektivitas rata – rata waktu sinar matahari bersinar di negara tropis seperti Indonesia, dan 5 jam ini sudah menjadi perhitungan rumus baku efektivitas sinar matahari yang diserap oleh panel surya.[28]

Energi ini cukup untuk menghidupkan kipas angin 24 jam / hari yang nilainya hanya sebesar:

Ekipas = Pkipas x t = 12 x 24 = 288 Wh


(60)

39

Selanjutnya dilakukan perhitungan efisiensi dari panel surya. Mula – mula dihitung terlebih dahulu nilai fill factor (FF) dan dilanjutkan dengan menghitung daya maksimum (Pmax).

FF

=

Vm Im Voc Isc

=

18,9 5,3 22,7 5,8

= 0,7608 Pmax = Voc x FF x Isc

= 22,7 x 0,7608 x 5,8

= 100,17 W ≈ 100 W

Sedangkan daya cahaya insiden dapat dicari dengan persamaan: Pin = Gt x A

= 1000 x 6,9732 = 697,32 W

Maka nilai efisiensi dari panel surya adalah:

η = Pmax

Pin x 100 %

= 100

697,32 100 %

= 14,34 %

Nilai efisiensi ini mendekati nilai efisiensi dari sistem panel surya

photovoltaic (PV) yakni sekitar 15%.[29] Sedangkan untuk sistem kolektor surya mempunyai nilai efisiensi berkisar 60 – 80%.[30]

Sedangkan untuk perhitungan aki dilakukan menurut data berikut. Diketahui:

- E = Energi yang masuk = 500 Wh

- V = Tegangan listrik = 12 V

Sehingga muatan yang diperoleh aki dalam sehari adalah: Q =

= 500

12


(61)

40

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil analisa rancang bangun mesin pendingin ruangan tenaga surya adalah sebagai berikut:

1. Pemilihan styrofoam sebagai bahan dasar untuk merancang mesin

pendingin ruangan dikarenakan styrofoam mempunyai tingkat kekakuan yang tinggi serta konduktivitas termal yang rendah.

2. Dimensi luar dari mesin pendingin ruangan yang digunakan agar dapat menampung media pendingin berkapasitas 3,116 L adalah 40 x 26 x 17,8 cm3.

3. Garam dapat berfungsi sebagai media penurunan titik beku yang baik dengan penurunan titik beku sebesar 15,89742 oC.

4. Mesin pendingin ruangan dapat menyejukkan ruangan dengan efektif jika

digunakan pada ruangan berukuran 2,6 x 2,6 x 2,6 m3.

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut:

1. Dianjurkan agar penggunaan tinggi volume media pendingin tidaklah melebihi setengah dari ketinggian styrofoam.

2. Penggunaan garam sebaiknya tidak terlalu banyak karena larutan akan menjadi jenuh sehingga garam tidak akan larut dalam air.

3. Diharapkan agar penggunaan mesin pendingin ruangan ini tidak berada pada ruangan yang berukuran melebihi ukuran yang disarankan karena dapat mengurangi tingkat keefektifannya.


(62)

41

DAFTAR PUSTAKA

[1]

http://www.slideshare.net/rhizqianacliquers/materi-presentasi-mesin-pendingin (26 Januari 2015)

[2]

http://asal-usul-motivasi.blogspot.com/2011/01/asal-usul-sejarah-ac-atau-air.html (26 Januari 2015)

[3]

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29318/5/Chapter%20I.pdf (26 Januari 2015)

[4]

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18229/3/Chapter%20II.pdf (26 Januari 2015)

[5]

Ambarita, Himsar. 2012. Buku Kuliah Teknik Pendingin dan Pengkondisian

Udara. Medan [6]

http://catatan-teknik.blogspot.com/2014/01/sejarah-refrigerasi-teknik-pendingin.html (26 Januari 2015)

[7]

http://www.scribd.com/doc/47406734/Pengertian-styrofoam#scribd (27 Januari 2015)

[8]

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/33674/4/Chapter%20II.pdf (27 Januari 2015)

[9]

http://id.wikipedia.org/wiki/Insulasi_termal (28 Januari 2015) [10]

http://dhianmilanisty.blogspot.com/2012/11/konduktivitas-thermal-bahan.html#axzz3Rxz9mcOa (28 Januari 2015)

[11]

https://www.google.com/search?q=teori+kekuatan+material&ie=utf- 8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:en-US:official&client=firefox-beta&channel=sb (16 Maret 2015)

[12]

Martini, D. 2012. Penentuan Modulus Young Kawat Besi dengan Percobaan

Regangan.Volume 2.No. 1.http://journal.uad.ac.id/index.php/BFI /article/view/230. 16 Maret 2015.

[13]

http://infohikmatuliman.wordpress.com/2013/08/28/pendingin-sederhana-dari-pot-bunga/ (10 April 2015)

[14]

https://ihsanulkhairi86saja.wordpress.com/2012/01/23/media-dan-teknik-pendinginan-ikan-2/ (27 Januari 2015)


(63)

42

[15]

https://fitransyah.wordpress.com/2013/10/28/pengaruh-media-pendingin-terhadap-pembentukan-struktur-material/ (27 Januari 2015)

[16]

Mutiara Septiani, Cindy. 2013. Makalah Air Pendingin. Malang [17]

Purba, Michael. 2006. KIMIA SMA 1A. Jakarta: Penerbit Erlangga [18]

http://www.scribd.com/doc/188360827/PENGARUH-KADAR-GARAM- DAPUR-NaCl-DALAM-MEDIA-PENDINGIN-TERHADAP- TINGKAT-KEKERASAN-PADA-PROSES-PENGERASAN-BAJA-V-155#scribd (30 Januari 2015)

[19]

Eskawati, SY. 2012. PengembanganE-Book Interaktif Pada Materi Sifat Koligatif Sebagai Sumber Belajar Siswa Kelas XII IPA. Volume 1. No. 2. http://ejournal.unesa.ac.id/article/513/36/article.pdf. 16 Maret 2015.

[20]

http://npicom.com/teknologi/cara-menghitung-kebutuhan-pk-ac-sesuai-nilai-btu-dari-ukuran-dan-kondisi-ruangan.html (11 Januari 2015)

[21]

http://katalognatopringsewu.blogspot.com/2014/04/cara-menghitung-daya-tenaga-surya.html (2 Februari 2015)

[22]

http://karyadharmasejahtera.indonetwork.co.id/856290/panel-surya.htm (10 April 2015)

[23]

http://www.rumus-fisika.com/2014/08/daya-listrik.html (10 April 2015) [24]

Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering Process and Systems.First Edition. United States: Elsevier Inc.

[25]

http://www.bradmerritt.com/blogs/solar-power/solar-charge-controller (2 Februari 2015)

[26]

http://id.wikipedia.org/wiki/Akumulator (2 Februari 2015) [27]

http://bogorautoshop.indonetwork.co.id/1826512/aki-mobil-gs-astra-n70z. htm (2 Februari 2015)

[28]

http://www.greenlifestyle.or.id/tips/detail/bagaimana_bikin_listrik_di_ rumah_pakai_solar_panel (10 April 2015)

[29]

http://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ ArticleID/6123/Photovoltaic-Thermal-System-Achieves-86-

Efficiency.aspx (10 April 2015) [30]

http://www.apricus.com/html/solar_collector_efficiency.htm#.VT29go4k R2A (10 April 2015)


(64)

(1)

Diketahui:

- Ppanel = Daya panel surya = 100 W

- Pkipas = Daya kipas angin = 12 W

- tp = Waktu puncak = 5 jam

- Voc = Tegangan rangkaian terbuka = 22,7 V

- Isc = Kuat arus rangkaian pendek = 5,8 A

- Vm = Tegangan maksimum = 18,9 V

- Im = Kuat arus maksimum = 5,3 A

- Gt = Radiasi pasti = 1000 W/m2

- A = Luas Penampang = p x l = 1032 mm x 676 mm = 6,9732 m2

Energi yang dihasilkan panel per menitnya adalah: Epanel = Ppanel x t

= 100 x 60 = 6.000 J

Sedangkan untuk mencari energi yang dihasilkan oleh panel surya per harinya, maka dapat dihitung dengan persamaan:

Epanel = Ppanel x tp

= 100 x 5 = 500 Wh = 1.800.000 J = 1.800 kJ

Adapun waktu puncak 5 jam didapat dari efektivitas rata – rata waktu sinar matahari bersinar di negara tropis seperti Indonesia, dan 5 jam ini sudah menjadi perhitungan rumus baku efektivitas sinar matahari yang diserap oleh panel surya.[28]

Energi ini cukup untuk menghidupkan kipas angin 24 jam / hari yang nilainya hanya sebesar:

Ekipas = Pkipas x t

= 12 x 24 = 288 Wh


(2)

Selanjutnya dilakukan perhitungan efisiensi dari panel surya. Mula – mula dihitung terlebih dahulu nilai fill factor (FF) dan dilanjutkan dengan menghitung daya maksimum (Pmax).

FF

=

Vm Im

Voc Isc

=

18,9 5,3

22,7 5,8

= 0,7608 Pmax = Voc x FF x Isc

= 22,7 x 0,7608 x 5,8 = 100,17 W ≈ 100 W

Sedangkan daya cahaya insiden dapat dicari dengan persamaan: Pin = Gt x A

= 1000 x 6,9732 = 697,32 W

Maka nilai efisiensi dari panel surya adalah: η = Pmax

Pin x 100 % = 100

697,32 100 % = 14,34 %

Nilai efisiensi ini mendekati nilai efisiensi dari sistem panel surya photovoltaic (PV) yakni sekitar 15%.[29] Sedangkan untuk sistem kolektor surya mempunyai nilai efisiensi berkisar 60 – 80%.[30]

Sedangkan untuk perhitungan aki dilakukan menurut data berikut. Diketahui:

- E = Energi yang masuk = 500 Wh

- V = Tegangan listrik = 12 V

Sehingga muatan yang diperoleh aki dalam sehari adalah: Q

=

� = 500

12


(3)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil analisa rancang bangun mesin pendingin ruangan tenaga surya adalah sebagai berikut:

1. Pemilihan styrofoam sebagai bahan dasar untuk merancang mesin pendingin ruangan dikarenakan styrofoam mempunyai tingkat kekakuan yang tinggi serta konduktivitas termal yang rendah.

2. Dimensi luar dari mesin pendingin ruangan yang digunakan agar dapat menampung media pendingin berkapasitas 3,116 L adalah 40 x 26 x 17,8 cm3.

3. Garam dapat berfungsi sebagai media penurunan titik beku yang baik dengan penurunan titik beku sebesar 15,89742 oC.

4. Mesin pendingin ruangan dapat menyejukkan ruangan dengan efektif jika digunakan pada ruangan berukuran 2,6 x 2,6 x 2,6 m3.

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut:

1. Dianjurkan agar penggunaan tinggi volume media pendingin tidaklah melebihi setengah dari ketinggian styrofoam.

2. Penggunaan garam sebaiknya tidak terlalu banyak karena larutan akan menjadi jenuh sehingga garam tidak akan larut dalam air.

3. Diharapkan agar penggunaan mesin pendingin ruangan ini tidak berada pada ruangan yang berukuran melebihi ukuran yang disarankan karena dapat mengurangi tingkat keefektifannya.


(4)

DAFTAR PUSTAKA

[1]

http://www.slideshare.net/rhizqianacliquers/materi-presentasi-mesin-pendingin (26 Januari 2015)

[2]

http://asal-usul-motivasi.blogspot.com/2011/01/asal-usul-sejarah-ac-atau-air.html (26 Januari 2015)

[3]

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29318/5/Chapter%20I.pdf (26 Januari 2015)

[4]

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18229/3/Chapter%20II.pdf (26 Januari 2015)

[5]

Ambarita, Himsar. 2012. Buku Kuliah Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara. Medan

[6]

http://catatan-teknik.blogspot.com/2014/01/sejarah-refrigerasi-teknik-pendingin.html (26 Januari 2015)

[7]

http://www.scribd.com/doc/47406734/Pengertian-styrofoam#scribd (27 Januari 2015)

[8]

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/33674/4/Chapter%20II.pdf (27 Januari 2015)

[9]

http://id.wikipedia.org/wiki/Insulasi_termal (28 Januari 2015)

[10]

http://dhianmilanisty.blogspot.com/2012/11/konduktivitas-thermal-bahan.html#axzz3Rxz9mcOa (28 Januari 2015)

[11]

https://www.google.com/search?q=teori+kekuatan+material&ie=utf- 8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:en-US:official&client=firefox-beta&channel=sb (16 Maret 2015)

[12]

Martini, D. 2012. Penentuan Modulus Young Kawat Besi dengan Percobaan Regangan.Volume 2.No. 1.http://journal.uad.ac.id/index.php/BFI /article/view/230. 16 Maret 2015.

[13]

http://infohikmatuliman.wordpress.com/2013/08/28/pendingin-sederhana-dari-pot-bunga/ (10 April 2015)

[14]

https://ihsanulkhairi86saja.wordpress.com/2012/01/23/media-dan-teknik-pendinginan-ikan-2/ (27 Januari 2015)


(5)

[15]

https://fitransyah.wordpress.com/2013/10/28/pengaruh-media-pendingin-terhadap-pembentukan-struktur-material/ (27 Januari 2015)

[16]

Mutiara Septiani, Cindy. 2013. Makalah Air Pendingin. Malang

[17]

Purba, Michael. 2006. KIMIA SMA 1A. Jakarta: Penerbit Erlangga

[18]

http://www.scribd.com/doc/188360827/PENGARUH-KADAR-GARAM- DAPUR-NaCl-DALAM-MEDIA-PENDINGIN-TERHADAP- TINGKAT-KEKERASAN-PADA-PROSES-PENGERASAN-BAJA-V-155#scribd (30 Januari 2015)

[19]

Eskawati, SY. 2012. PengembanganE-Book Interaktif Pada Materi Sifat Koligatif Sebagai Sumber Belajar Siswa Kelas XII IPA. Volume 1. No. 2. http://ejournal.unesa.ac.id/article/513/36/article.pdf. 16 Maret 2015.

[20]

http://npicom.com/teknologi/cara-menghitung-kebutuhan-pk-ac-sesuai-nilai-btu-dari-ukuran-dan-kondisi-ruangan.html (11 Januari 2015)

[21]

http://katalognatopringsewu.blogspot.com/2014/04/cara-menghitung-daya-tenaga-surya.html (2 Februari 2015)

[22]

http://karyadharmasejahtera.indonetwork.co.id/856290/panel-surya.htm (10 April 2015)

[23]

http://www.rumus-fisika.com/2014/08/daya-listrik.html (10 April 2015)

[24]

Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering Process and Systems.First Edition. United States: Elsevier Inc.

[25]

http://www.bradmerritt.com/blogs/solar-power/solar-charge-controller (2 Februari 2015)

[26]

http://id.wikipedia.org/wiki/Akumulator (2 Februari 2015)

[27]

http://bogorautoshop.indonetwork.co.id/1826512/aki-mobil-gs-astra-n70z. htm (2 Februari 2015)

[28]

http://www.greenlifestyle.or.id/tips/detail/bagaimana_bikin_listrik_di_ rumah_pakai_solar_panel (10 April 2015)

[29]

http://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ ArticleID/6123/Photovoltaic-Thermal-System-Achieves-86-

Efficiency.aspx (10 April 2015)

[30]

http://www.apricus.com/html/solar_collector_efficiency.htm#.VT29go4k R2A (10 April 2015)


(6)