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

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
2015

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.

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

STEFANUS WANGSA

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

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

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
2.5.4 Campuran Air, Garam, dan Es .............................................. 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
LAMPIRAN

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
Gambar 3.15 Susunan Perakitan Mesin Pendingin Ruangan ........................... 28

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

Tabel 4.1

Dimensi Styrofoam ..................................................................... 33

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

0

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

Q

Muatan listrik

Ah

C/mol

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

0

C

Tf pelarut

Titik beku pelarut

0

C

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

𝜖

Regangan

-

∆𝑙

Pertambahan panjang

cm

ΔTf

Penurunan titik beku larutan

0

η

Efisiensi panel surya

-

C

Dokumen yang terkait

Analisis Pengaruh Good Corporate Governance Dan Konvergensi Ifrs Terhadap Manajemen Laba Pada Perusahaan Bumn Yang Terdaftar Di Bursa Efek Indonesia Periode 2011-2013

0 0 12

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang - Pengaruh Profitabilitas, Likuiditas, Pertumbuhan Penjualan, Ukuran Perusahaan dan Struktur Aset Terhadap Struktur Modal Pada Perusahaan Otomotif Yang Terdaftar Di Bursa Efek Indonesia Periode 2010-2013

0 1 11

BAB II DASAR TEORI 2.1 Jaringan Multiprotocol Label Switching (MPLS) - Analisis Kinerja Jaringan Multiprotocol Label Switching (Mpls) Untuk Layanan Video Streaming

0 0 17

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Uraian Teoritis 2.1.1. Pengertian Dividen Payout Ratio - Analisis Pengaruh Cash Ratio, Return On Assets, Growth Firm Size, Debt To Equity Ratio Dan Net Profit Margin Terhadap Dividen Payout Ratio Pada Perusahaan Lq-45 Yang Ter

0 1 27

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah - Analisis Pengaruh Cash Ratio, Return On Assets, Growth Firm Size, Debt To Equity Ratio Dan Net Profit Margin Terhadap Dividen Payout Ratio Pada Perusahaan Lq-45 Yang Terdaftar Di Bursa efek Indonesia Tahun 2

0 1 9

Analisis Pengaruh Cash Ratio, Return On Assets, Growth Firm Size, Debt To Equity Ratio Dan Net Profit Margin Terhadap Dividen Payout Ratio Pada Perusahaan Lq-45 Yang Terdaftar Di Bursa efek Indonesia Tahun 2010 -2012

0 0 14

FREE CASH FLOW DAN UKURAN PERUSAHAAN TERHADAP

0 0 10

PENGARUH PROMOSI KESEHATAN DENGAN MENGGUNAKAN METODE CERAMAH DAN PERMAINAN ULAR TANGGA TERHADAP PENINGKATAN PERILAKU MURID KELAS V TENTANG KONSUMSI MAKANAN JAJANAN di SD NEGERI KECAMATAN MEDAN PETISAH TAHUN 2015 SKRIPSI

0 0 18

PELAKSANAAN SISTEM JAMINAN SOSIAL BAGI PEKERJABURUH SETELAH BERLAKUNYA UNDANG-UNDANG NO. 24 TAHUN 2011 TENTANG BADAN PENYELENGGARA JAMINAN SOSIAL (BPJS) SKRIPSI Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat-Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjan

0 0 10

SKRIPSI ANALISIS FASILITAS KREDIT PERUMAHAN RAKYAT TERHADAP KEPEMILIKAN RUMAH PADA MASYARAKAT KOTA MEDAN DI BANK TABUNGAN NEGARA ( PERSERO ) TBK CABANG MEDAN

0 0 10