Karakteristik mesin penyejuk udara dengan siklus kompresi uap menggunakan kompresor berdaya 1/8 PK dan ice pack.

(1)

ABSTRAK

Tujuan penelitian terhadap mesin penyejuk udara dengan menggunakan siklus kompresi uap ini adalah (a) merancang dan merakit mesin penyejuk udara dengan daya listrik yang rendah (b) mengetahui karakteristik dari mesin penyejuk udara yang dibuat, meliputi:COP dan Efisiensi mesin penyejuk udara (c) Mengetahui suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara setiap variasi dan sampai berapa lama suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara mampu mencapai suhu sekitar 26ºC.

Penelitian mesin penyejuk udara dilaksanakan di Laboratorium Prodi Teknik Mesin USD. Batasan-batasan dalam pembuatan mesin penyejuk udara sebagai berikut (a) mesin penyejuk udara terdiri dari mesin pendingin dan ice pack (b) mesin pendingin bekerja dengan siklus kompresi uap (c) komponen utama siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler (d) daya kompresor sebesar: 1/8 PK, ukuran komponen utama siklus kompresi uap yang lain, menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor (e) jenis evaporator: pipa bersirip (f) jenis kondensor: pipa dengan jari-jari penguat (g) diameter pipa kapiler: 0,028 inchi (h) refrigeran siklus kompresi uap: R134a (i) mesin penyejuk udara mempergunakan ruangan mesin pendingin dengan ukuran: 65 cm x 39 cm x 36 cm (j) mesin penyejuk udara mempergunakan ice pack dengan ukuran ice pack: 25 cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada freezer bersuhu -20ºC selama 12 jam (k) mempergunakan kipas angin berdaya: 30 watt, dengan ukuran kipas: 200mm (l) mempergunakan kipas evaporator berdaya: 8 watt, dengan ukuran kipas: 90mm (m) semua komponen komponen utama mesin pendingin dan ice pack, di peroleh dipasaran. Variasi penelitian mesin penyejuk udara tanpa ice pack, menggunakan 5 ice pack, dan menggunakan 15 ice pack.

Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (a) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 120 menit adalah 19,3 ºC sampai dengan 26,4 ºC (b) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 180 adalah 14,3 ºC sampai dengan 25,6 ºC (c) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 300 adalah 10,6 ºC sampai dengan 25 ºC (d) hasil karakteristik mesin penyejuk udara tanpa ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,27; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,24; rata-rata nilai efisiensi sebesar 77,10% (e) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,19; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,18; rata-rata nilai efisiensi

sebesar 76,30% (f) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,15; rata-rata nilai COPideal

sebesar 4,16; rata-rata nilai efisiensi sebesar 75,58%.

(2)

ABSTRACT

Research purposes of machine air conditioning using cycle compression steam this is (a) design and assemble machine air conditioning electric power low (b) know characteristic of the comfort of air created, covering: COP and efficiency machine air conditioning (c) know the temperature produced machine air conditioning every variation and for how long the temperature machine air conditioning able to achieve temperatures around 26 ºC.

Research machine air conditioning implemented in the laboratory of mechanical engineering Sanata Dharma University. Restrictions on machine fabrication air conditioning the follow machine (a) machine air conditioning consisting of a machine cooling and ice pack (b) a cooling work with cycle compression steam (c) a major component of steam cycle compression covering; compressor, evaporator, condenser, and pipe capillary (d) power compressor of 1/8 PK, component size main cycle compression steam another, adjust to the size of the power compressor (e ) type of the evaporator: pipe finned (f) type of a condenser: pipe with the fingers amplifier (g) diameter of a pipe capillary: 0,028 inches (h) a refrigerant cycle compression steam: R134a (i) machine air conditioning have a cooling room with size: 65 centimeters x 39 centimeters x 36 centimeters (j) machine air conditioning have ice pack with size of ice pack: 25 centimeters x 14 centimeters x 1,5 centimeters. Ice pack frozen in the freezer -20 ºC for 12 hours (k) have fan powerless: 30 watts, with the size of a fan: 200 millimeters (l) have a fan evaporator powerless: 8 watts, with the size of a fan: 90 millimeters (m) all components of the main components of cooling machine and ice pack, get in the market. Variation research machine air conditioning without ice pack, 5 ice pack, and 15 ice pack.

The research result give some conclusion (a) the temperature produced machine air conditioning without ice pack of minute 0 to with minute 120 is 19,3 ºC up to 26,4 ºC (b) the temperature produced machine air conditioning using 5 ice pack of minute 0 to with minute 180 is 14,3 ºC up to 25,6 ºC (c) the temperature produced machine air conditioning using 15 ice pack of minute 0 to with minute 300 is 10,6 ºC up to 25 ºC (d) result characteristic machine air conditioning without ice pack as follows: average score COPactual worth 3,27; average value COPideal worth 4,24; average value efficiency of 77,10% (c) results characteristic machine air conditioning using 5 ice pack as follows: average score COPactual worth 3,19; average value COPideal

worth 4,18; average value efficiency of 76,30% (d) results characteristic machine air conditioning using 15 ice pack as follows: average score COPactual worth 3,15; average value COPideal worth 4,16; average value efficiency of 75,58%.

(3)

KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN

SIKLUS KOMPRESI UAP MENGGUNAKAN KOMPRESOR

BERDAYA 1/8 PK DAN ICE PACK

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

YUGA INDRAWAN NIM : 135214097

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

(4)

KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN

SIKLUS KOMPRESI UAP MENGGUNAKAN KOMPRESOR

BERDAYA 1/8 PK DAN ICE PACK

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

YUGA INDRAWAN NIM : 135214097

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

(5)

CHARACTERISTICS OF MACHINE AIR CONDITIONING

WITH CYCLE COMPRESSION STEAM USING

COMPRESSOR POWERED 1/8 PK AND ICE PACK

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

YUGA INDRAWAN Student Number : 135214097

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017

(6)

KARAKTERISTIK

MESIN

PENYEJUK UDARA DENGAN SIKLUS KOMPRESI UAP

MENGGUNAKAN

KOMPRE,SOR

BERDAYA

1/8 PK DAN ICE PACK

Telah disetrijui oleh Dosen Pembimbing Skripsi

.ffF{s,

N fS-T=-

-Ir" PK. Purwadi. M.T.

(7)

KARAKTERISTIK

MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN SIKLUS KOMPRESI UAP MENGGUNAKAN KOMPRESOR

BERDAYA

1/8 PK DA}{ ICE PACK

Dipersiapkan dan disusun oleh :

NAMA

: YUGA INDRAWAN

NIM

:135214097

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Pada tanggal 10 Juli 20i7

Dan dinyatakan tel*h lulus memenuhi syarat

Sains dan Teknologi itas Sanata Dharma

Dekan.

/-*r/"-S.Si., M.Math.Sc., Ph.D.

(8)

PERNYATAAN

KEASLIAN

KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarianaan di suatu Perguruan

Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis

diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

(9)

LEMBAR PERNYATAAI\

PERSETUJUAI\

PUBLIKAST

KARYA

ILMIAH

UNTUK

KEPENTTNGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bar,vah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma:

Nama

: Yuga Indrau,an

NomorMahasisq,a :135214091

Demi pengembangan ilmu pengetahuan. saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul:

Karakteristik Mesin Penyejuk Udara dengan Siklus Kompresi Uap Mengunakan Kompresor Berdaya 1/8 Pk dan lce Puck

Besefta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya nremberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharrna hak untuk menvimpan. rnengalihkan

dalam bentuk media yang lain" mengelolanya di internet atau media lain untuk

kepentingan akademis tanpa perlu meminta iiin dari sa,va maupun memberikan

royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan iniyang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta. 10 Juli 20l7

(10)

vii

ABSTRAK

Tujuan penelitian terhadap mesin penyejuk udara dengan menggunakan siklus kompresi uap ini adalah (a) merancang dan merakit mesin penyejuk udara dengan daya listrik yang rendah (b) mengetahui karakteristik dari mesin penyejuk udara yang dibuat, meliputi: COP dan Efisiensi mesin penyejuk udara (c) Mengetahui suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara setiap variasi dan sampai berapa lama suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara mampu mencapai suhu sekitar 26ºC.

Penelitian mesin penyejuk udara dilaksanakan di Laboratorium Prodi Teknik Mesin USD. Batasan-batasan dalam pembuatan mesin penyejuk udara sebagai berikut (a) mesin penyejuk udara terdiri dari mesin pendingin dan ice pack (b) mesin pendingin bekerja dengan siklus kompresi uap (c) komponen utama siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler (d) daya kompresor sebesar: 1/8 PK, ukuran komponen utama siklus kompresi uap yang lain, menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor (e) jenis evaporator: pipa bersirip (f) jenis kondensor: pipa dengan jari-jari penguat (g) diameter pipa kapiler: 0,028 inchi (h) refrigeran siklus kompresi uap: R134a (i) mesin penyejuk udara mempergunakan ruangan mesin pendingin dengan ukuran: 65 cm x 39 cm x 36 cm (j) mesin penyejuk udara mempergunakan ice pack dengan ukuran ice pack: 25 cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada freezer bersuhu -20ºC selama 12 jam (k) mempergunakan kipas angin berdaya: 30 watt, dengan ukuran kipas: 200mm (l) mempergunakan kipas evaporator berdaya: 8 watt, dengan ukuran kipas: 90mm (m) semua komponen komponen utama mesin pendingin dan ice pack, di peroleh dipasaran. Variasi penelitian mesin penyejuk udara tanpa ice pack, menggunakan 5 ice pack, dan menggunakan 15 ice pack.

Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (a) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 120 menit adalah 19,3 ºC sampai dengan 26,4 ºC (b) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 180 adalah 14,3 ºC sampai dengan 25,6 ºC (c) suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack dari menit ke 0 sampai dengan menit 300 adalah 10,6 ºC sampai dengan 25 ºC (d) hasil karakteristik mesin penyejuk udara tanpa ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,27; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,24; rata-rata nilai efisiensi sebesar 77,10% (e) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,19; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,18; rata-rata nilai efisiensi sebesar 76,30% (f) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,15; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,16; rata-rata nilai efisiensi sebesar 75,58%.

(11)

viii

ABSTRACT

worth 4,24; average value efficiency of 77,10% (c) results characteristic machine air conditioning using 5 ice pack as follows: average score COPactual worth 3,19; average value COPideal worth 4,18; average value efficiency of 76,30% (d) results

characteristic machine air conditioning using 15 ice pack as follows: average score COPactual worth 3,15; average value COPideal worth 4,16; average value efficiency of 75,58%.

(12)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang telah memberikan petunjuk, pengarahan, dan saran selama penyusunan Skripsi ini.

3. Wibowo Kusbandono S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi Prodi

Teknik Mesin.

5. Yuriansyah dan Talininiati, selaku orang tua penulis yang telah memberi motivasi dan dukungan kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual. 6. Yuvita Indriani dan Yutari Indrianti, selaku kakak penulis yang telah

memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis.

7. Triyana Wahyudianta, Frischo Allesandro, dan Fransiskus Sonny, selaku teman kelompok pembuatan mesin penyejuk udara, atas kerjasamanya selama pembuatan dan penelitian Skripsi.

8. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, yang telah mendidik dan memberikan

(13)

berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini.

9. Teman-teman mahasiswa Jurusan Teknik Mesin (Alm. David, Dhoni, Leo, Ekin, Dimas, Bayu, Angger, Firman, Amek, nehem, sigit, puguh dan teman-teman lain yang tidak bisa saya sebutkan semua) yang telah memberikan semangat dan bantuan dalam wujud apapun selama penyusunan Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.

Yogyakarta, 10 Juli 2017

(14)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL………. i

TITLE PAGE………. ii

HALAMAN PERSETUJUAN……….. iii

HALAMAN PENGESAHAN………... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……….. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI…... vi

ABSTRAK………. vii

ABSTRACT……… viii

KATA PENGANTAR………... ix

DAFTAR ISI………...……….. xi

DAFTAR GAMBAR………. xv

DAFTAR TABEL………. xviii

BAB I PENDAHULUAN……….. 1

1.1 Latarbelakang………..………. 1

1.2 Rumusan masalah………. 2

1.3 Tujuan penelitian……….…….…… 2

1.4 Batasan masalah……….... 2

1.5 Manfaat penelitian……… 3

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA……… 4

2.1 Dasar teori………..………... 4

2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin……… 4

2.1.2 Siklus kompresi uap………..………. 5

2.1.3 Perhitungan pada siklus kompresi uap………... 9 2.1.4 Komponen komponen siklus kompresi uap…….…..

2.1.4.1 Kompresor……… 2.1.4.2 Kondensor…………..…….……..……… 2.1.4.3 Evaporator………

13 13 15 17

(15)

xii

2.1.4.4 Pipa kapiler………... 2.1.4.5 Filter………. 2.1.4.6 Thermostat……… 2.1.4.7 Kipas angin………... 2.1.4.8 Refrigeran………. 2.1.4.9 Ice pack……….

19 20 20 21 22 22

2.1.4 Psychrometric chart………..……….. 23

2.1.4.1 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart ………. 25

2.1.4.2 Proses-proses pada mesin penyejuk udara……… 27

2.2 Tinjauan Pustaka………... 29

BAB III METODE PENELITIAN………... 31

3.1 Objek penelitian……….………... 31

3.2 Pembuatan mesin penyejuk udara………...…..…… 32

3.2.1 Alat………. 32

3.2.2 Bahan……….. 34

3.2.3 Proses pembuatan mesin penyejuk udara…….…….. 42

3.2.4 Proses pengisian refrigeran 134a…………...………. 3.2.4.1 Proses pemvakuman………. 3.2.4.2 Proses pengisian refrigeran 134a……….. 43 43 44 3.2.5 Peralatan penelitian………. 44

3.3 Tata cara penelitian……….……….. 46

3.3.1 Alur pelaksanaan penelitian……… 46

3.4 Variasi penelitian………..……..……….. 48

3.5 Cara pengambilan data...………..………. 48

3.5.1 Skematik pengambilan data……… 48

3.5.2 Langkah-langkah pengambilan data………... 49

3.5.3 Tabel pengambilan data……….. 51

3.6 Cara pengolah data dan pembahasan.………... 53

(16)

xiii

BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN

PEMBAHASAN………. 55

4.1 Hasil penelitian………. 55

4.2 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor……. 58

4.3 Perhitungan dan pengolahan data..………... 59

4.4 Hasil perhitungan……….. 62

4.5 Pembahasan……...……….……….. 4.5.1 Mesin penyejuk udara tanpa ice pack………. 4.5.2 Mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack…… 4.5.3 Mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack….. 64 64 69 74 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….. 80

5.1 Kesimpulan………... 80

5.2 Saran…………...…….………. 81

DAFTAR PUSTAKA……… 83

LAMPIRAN……….. 84

Lampiran 1 Mesin penyejuk udara tampak samping…...….…………... 84

Lampiran 2 Mesin penyejuk udara tampak depan…...………...…. 84

Lampiran 3 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 0………... 85

Lampiran 4 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 30………. 85

Lampiran 5 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 60……….. 86

Lampiran 6 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 90……….. 86

Lampiran 7 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 120………...……… 87

Lampiran 8 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack saat (t) ke 0………. 87

Lampiran 9 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack saat (t) ke 45………... 88

Lampiran 10 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack saat (t) ke 90……… 88

(17)

xiv

Lampiran 11 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan

5 ice pack saat (t) ke 135……….. 89 Lampiran 12 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan

5 ice pack saat (t) ke 180……….. 89 Lampiran 13 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan

15 ice pack saat (t) ke 0……..……….. 90 Lampiran 14 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan

15 ice pack saat (t) ke 75…….………. 90 Lampiran 15 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan

15 ice pack saat (t) ke 150…….……… 91 Lampiran 16 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan

15 ice pack saat (t) ke 225……… 91 Lampiran 17 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan

(18)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin……….. 4

Gambar 2.2 Rangkaian komponen siklus kompresi uap……….………. 5

Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada diagram P-h yang disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut……...…….…… 6

Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada diagram T-S yang diserta pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut….……...……… 7

Gambar 2.5 Diagram tekanan-entalpi untuk R134a……...…….……… 12

Gambar 2.6 Kompresor open unit……….……….……….. 13

Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik………..……….. 14

Gambar 2.8 Kompresor hermatik jenis torak..……… 14

Gambar 2.9 Kompresor hermatik jenis rotari………. 14

Gambar 2.10 Macam-macam konstruksi kondensor…………...……….. 15

Gambar 2.11 Kondensor berpendingin udara…….….……….. 16

Gambar 2.12 Kondensor berpendingin air………...……….. 17

Gambar 2.13 Evaporator jenis plat………..……….. 18

Gambar 2.14 Evaporator pipa bersirip…….………….………. 19

Gambar 2.15 Pipa kapiler……….………. 19

Gambar 2.16 Filter……….……… 20

Gambar 2.17 Thermostat……….……….. 21

Gambar 2.18 Kipas angin…………...……….………. 21

Gambar 2.19 Refrigeran………..……….. 22

Gambar 2.20 Ice pack………... 22

Gambar 2.21 Psychrometric chart……… 23

Gambar 2.22 Skematik Psychrometric chart……… 25

Gambar 2.23 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart…... 25

Gambar 2.24 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara….. 27

Gambar 3.1 Skematik mesin penyejuk udara……...………... 31

Gambar 3.2 Tube cutter………...……… 33

(19)

xvi

Gambar 3.4 Pompa vakum….….……..…….……….. 34

Gambar 3.5 Kompresor…...….……… 35

Gambar 3.6 Kondensor……...…….……… 35

Gambar 3.7 Evaporator…...….……… 36

Gambar 3.8 Pipa kapiler……...………... 36

Gambar 3.9 Thermostat……… 37

Gambar 3.10 Filter……….……… 37

Gambar 3.11 Kipas angin………….………. 38

Gambar 3.12 Ice pack……….……….……….. 38

Gambar 3.13 Refrigeran………..……….. 39

Gambar 3.14 Pressure guage………..….. 39

Gambar 3.15 Besi siku L berlubang……….. 40

Gambar 3.16 Akrilik………..… 40

Gambar 3.17 Styrofoam………. 41

Gambar 3.18 Sealant soligen…….……… 41

Gambar 3.19 Aluminium foil……….………. 42

Gambar 3.20 Lubang sebagai keluaran suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara………...…… 43

Gambar 3.21 Pengukur suhu digital dan termokopel……….…… 45

Gambar 3.22 Stopwatch……….…… 45

Gambar 3.23 Hygrometer……….. 45

Gambar 3.24 Amperemeter……… 46

Gambar 3.25 Roll kabel listrik……….……….. 46

Gambar 3.26 Skematik diagram alur penelitian….………... 47

Gambar 3.27 Skematik pengambilan data………. 48

Gambar 3.28 Thermostat yang telah disetting………... 50

Gambar 3.29 Ice pack yang dimasukan untuk pengambilan data data dan saat dibekukan di freezer.……….. 50

Gambar 4.1 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack saat (t) ke 150….………... 59

Gambar 4.2 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara tanpa ice pack dari waktu ke waktu……….……… 65

(20)

xvii

Gambar 4.3 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara

tanpa ice pack dari waktu ke waktu……….... 66 Gambar 4.4 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara tanpa

ice pack dari waktu ke waktu..………..………... 67 Gambar 4.5 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara tanpa ice pack dari

waktu ke waktu...………. 68 Gambar 4.6 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa

ice pack dari waktu ke waktu………….………. 69 Gambar 4.7 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara

menggunakan 5 ice pack dari waktu ke waktu………. 70 Gambar 4.8 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara

menggunakan 5 ice pack dari waktu ke waktu………..…... 71 Gambar 4.9 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara

menggunakan 5 ice pack dari waktu ke waktu….………… 72 Gambar 4.10 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice

pack dari waktu ke waktu………. 73 Gambar 4.11 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara

menggunakan 5 ice pack dari waktu ke waktu………. 74 Gambar 4.12 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara

menggunakan 15 ice pack dari waktu ke waktu…………... 75 Gambar 4.13 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara

menggunakan 15 ice pack dari waktu ke waktu…………... 76 Gambar 4.14 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara

menggunakan 15 ice pack dari waktu ke waktu…………... 77 Gambar 4.15 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice

pack dari waktu ke waktu………... 78 Gambar 4.16 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara

(21)

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Data hasil penelitian untuk mesin penyejuk udara tanpa ice

pack……….……… 51

Tabel 3.2 Data hasil penelitian untuk mesin penyejuk udara

mengunakan 5 ice pack…….……….. 52 Tabel 3.3 Data hasil penelitian untuk mesin penyejuk udara

mengunakan 15 ice pack……..….………..…… 52 Tabel 4.1 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara tanpa ice pack…... 55 Tabel 4.2 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 5

ice pack………...………...…. 55 Tabel 4.3 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 15

ice pack………..……….……. 56 Tabel 4.4 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk

udara tanpa ice pack……….……….…….. 57 Tabel 4.5 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk

udara menggunakan 5 ice pack……….. 57 Tabel 4.6 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk

udara menggunakan 15 ice pack……….... 57 Tabel 4.7 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor mesin

penyejuk udara tanpa icepack………. 58 Tabel 4.8 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor mesin

penyejuk udara menggunakan 5 icepack………. 58 Tabel 4.9 Nilai entalpi, suhu evaporator, dan suhu kondensor mesin

penyejuk udara menggunakan 15 ice pack……….. 58 Tabel 4.10 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa

ice pack……….………...…... 62 Tabel 4.10 Lanjutan hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk

udara tanpa ice pack……… 63 Tabel 4.11 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara

menggunakan 5 ice pack………. 63 Tabel 4.11 Lanjutan hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk

udara menggunakan 5 ice pack………..………. 63 Tabel 4.12 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara

(22)

xix

Tabel 4.12 Lanjutan hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk

(23)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latarbelakang

Pada zaman sekarang ini kenyamanan telah menjadi suatu tuntutan hidup hampir semua orang banyak baik itu orang-orang kelas atas, tetapi juga kelas menengah ke bawah. Kenyamanan ketika beraktivitas dapat didapatkan dengan tersedianya lingkungan yang sejuk. Keadaan yang seperti itu sangat sulit ditemukan pada saat ini terutama di daerah perkotaan yang memiliki udara cukup panas.

Udara panas sering dirasakan masyarakat Indonesia, sebab Indonesia berada di garis khatulistiwa yang beriklim tropis mengakibatkan suhu di Indonesia cukup panas antara 26ºC - 28ºC. Udara panas dapat disebabkan karena adanya pemanasan global seperti pembakaran hutan, asap kendaraan bermotor, asap rokok, dan asap pabrik. Berbagai macam upaya telah dilakukan manusia untuk mengurangi cuaca panas, contoh yang banyak digunakan mesin penyejuk udara seperti air conditioner.

Mesin penyejuk udara sangat dibutuhkan ketika beraktifitas di kehidupan sehari-hari. Kebutuhan masyarakat akan mesin penyejuk udara sekarang terjadi peningkatan pemakai. Dimana mesin penyejuk udara sering di temukan ditempat-tempat umum, perumahan, perusahan, ataupun alat transportasi. Dan pada saat ini berbagai macam mesin penyejuk udara telah tersedia dipasaran dari mesin penyejuk udara berdaya listrik rendah atau berdaya listrik tinggi. Namun demikian, ada kelebihan dan kekurangan dari mesin penyejuk udara. Kelebihan mesin penyejuk udara seperti air conditioner memberikan kenyamanan ketika beraktivitas dengan udara sejuk yang dihasilkan dan dapat mengurangi udara panas pada musim kemarau . Tetapi disisi lain kekurangan penggunaan mesin penyejuk udara seperti air conditioner memerlukan daya listrik yang besar untuk pengoperasiannya dan mesin penyejuk udara hanya dapat dinikmati masyarakat kelas menengah keatas.

(24)

Dengan memahami masih ada kekurangan pada mesin penyejuk udara, maka penulis tertantang untuk merancang mesin penyejuk udara menggunakan daya kompresor yang rendah supaya daya listrik yang dibutuhkan tidak besar namun menghasilkan efisiensi udara sebanding dengan daya yang digunakan. Berangkat dari persoalan tersebut, penulis melakukan penelitian dengan topik tersebut.

1.2 Rumusan masalah

Kebutuhan mesin penyejuk udara semakin meningkat. Penggunaan penyejuk udara pada saat ini umumnya memerlukan daya listrik yang besar untuk pengoperasiannya. Oleh sebab itu, diperlukan suatu inovasi mesin penyejuk udara yang membutuhkan daya listrik yang rendah agar mesin penyejuk udara dapat dinikmati masyarakat kelas menengah ke bawah.

1.3 Tujuan penelitian

Tujuan dari penelitian tentang mesin penyejuk udara adalah:

a. Merancang dan merakit mesin penyejuk udara dengan daya listrik yang rendah. b. Mengetahui karakteristik dari mesin penyejuk udara yang dibuat, meliputi :

1. COP dan efisiensi mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan pada mesin penyejuk udara tanpa ice pack.

2. COP dan efisiensi mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan pada mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack.

3. COP dan efisiensi mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan pada mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack.

c. Mengetahui suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara setiap variasi dan sampai berapa lama suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk mampu mencapai suhu sekitar 26ºC.

1.4 Batasan masalah

Batasan batasan yang diambil dalam pembuatan mesin penyejuk udara, yaitu: a. Mesin penyejuk udara terdiri dari mesin pendingin dan ice pack.

(25)

c. Komponen utama siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler.

d. Daya kompresor sebesar: 1/8 PK. Ukuran komponen utama siklus kompresi uap yang lain, menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.

e. Jenis evaporator: pipa bersirip.

f. Jenis kondensor: pipa dengan jari-jari penguat. g. Diameter pipa kapiler: 0,028 inchi.

h. Refrigeran siklus kompresi uap: R134a.

i. Mesin penyejuk udara mempergunakan ruangan mesin pendingin dengan ukuran: 65 cm x 39 cm x 36 cm.

j. Mesin penyejuk udara mempergunakan ice pack dengan ukuran ice pack: 25 cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada freezer bersuhu -20ºC selama 12 jam.

k. Mesin penyejuk udara mempergunakan kipas angin berdaya: 30 watt, dengan ukuran kipas : 200 mm.

l. Mesin penyejuk udara mempergunakan kipas evaporator berdaya: 8 watt, dengan ukuran kipas : 90 mm.

m. Semua komponen komponen utama mesin pendingin dan ice pack, diperoleh di pasaran.

1.5 Manfaat penelitian

Manfaat dari penelitian tentang mesin penyejuk udara adalah:

a. Bagi penulis, dapat menambah wawasan pengetahuan tentang mesin penyejuk udara.

b. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penyejuk udara yang dapat ditempatkan di perpustakaan atau dimasukkan ke dalam jurnal ilmiah. c. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi dalam pembuatan mesin

penyejuk udara dengan kerja yang lebih baik.

d. Dihasilkan teknologi yang tepat berupa mesin penyejuk udara dengan daya listrik yang rendah.

(26)

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar teori

2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin

Mesin penyejuk udara atau refrigerator (R) adalah peralatan yang berfungsi untuk memindahkan kalor dari dalam ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor dari lingkungan bersuhu rendah kemudian memindahkannya ke lingkungan bersuhu tinggi. Gambar 2.1 menyajikan prinsip dasar dari mesin pendingin.

Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin

Contoh penggunaan mesin pendingin adalah pada kulkas dan penyejuk udara dalam ruang mobil. Pada kulkas, ruang yang dikondisikan adalah ruang yang ada di dalam kulkas, sedangkan lingkungan yang bersuhu tinggi ialah lingkungan di

R

Lingkungan

(Lingkungan bersuhu tinggi)

Ruang yang dikondisikan

(Lingkungan bersuhu rendah)

(27)

luar kulkas. Pada sistem penyejuk udara mobil, ruang yang dikondisikan adalah ruang cabin mobil, sedangkan lingkungan yang bersuhu tinggi adalah udara di luar mobil.

Contoh-contoh lain penggunaan mesin pendingin atau refrigerator adalah sebagai pengkondisi udara ruangan rumah tangga, gedung-gedung bertingkat, hotel, bank, gedung olahraga, mall, gedung rapat, komplek pertokoan, kantor, sekolah, perguruan tinggi dan pada alat transportasi seperti bis, kereta api, dan pesawat terbang. Mesin pendingin juga dipergunakan untuk mendinginkan dan membekukan seperti pada freezer, ice maker, showcase, dan cold storage.

2.1.2 Siklus kompresi uap

Dari sekian banyak jenis sistem refrigerasi, yang paling umum digunakan adalah refrigerasi dengan sistem kompresi uap. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan katup ekspansi atau pipa kapiler. Gambar 2.2 menyajikan rangkaian komponen sistem siklus kompresi uap dan Gambar 2.3 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram P-h, serta Gambar 2.4 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram T-S.

Gambar 2.2 Rangkaian komponen siklus kompresi uap Kondensor

Evaporator

Kompresor Pipa Kapiler 1

2 3

4 Filter

(28)

Pada siklus kompresi uap, evaporator bekerja menghisap kalor dari dalam ruangan. Kalor yang diserap dipergunakan untuk menguapkan refrigeran. Oleh kompresor gas atau uap refrigeran dikompresi hingga mencapai tekanan kondensor. Di dalam kondensor uap refrigeran dikondensasikan dengan cara membuang panas dari uap refrigeran ke lingkungannya. Kemudian refrigeran diturunkan tekanannya oleh pipa kapiler, kembali ke tekanan kerja evaporator. Filter dipasang untuk mendapatkan kondisi refrigeran yang bersih. Filter di tempatkan sebelum pipa kapiler, karena pipa kapiler mudah buntu. Hal ini disebabkan karena diameter dari pipa kapiler berukuran kecil. Kompresor dapat bekerja karena adanya energi listrik yang diberikan. Selama energi listrik diberikan, siklus kompresi uap akan berlangsung secara terus menerus.

Pada Gambar 2.2 Qin adalah energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran, proses ini berlangsung di evaporator. Qout adalah energi kalor kalor yang dilepaskan oleh kondensor persatuan massa refrigeran, proses ini berlangsung kondensor. Dan Win adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran, proses ini berlangsung di kompresor.

Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada diagram P-h yang disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

1 2

4 1a

2a 3a

kan

(29)

Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada diagram T-S yang disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap yang disajikan pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4 meliputi proses kompresi, desuperheating, kondensasi, pendinginan lanjut, throttling (penurunan tekanan), evaporasi dan pemanasan lanjut. Tidak setiap proses proses pada siklus kompresi uap melibatkan proses pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut.

a. Proses kompresi (1-2)

Proses kompresi ini dilakukan oleh kompresor terjadi pada tahap 1 – 2 dan berlangsung secara isentropik adiabatik (isoentropi atau entropi konstan tanpa ada proses perpindahan kalor keluar dari sistem). Kondisi awal refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat.

b. Proses desuperheating atau penurunan suhu gas panas lanjut menjadi gas jenuh (2 – 2a)

Proses pendinginan dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada tahap 3

1 2

4 _1a

2a 3a

per

Entropi Te

(30)

2 – 2a. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir ke lingkungan karena suhu refrigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.

c. Proses kondensasi (2a-3a)

Proses ini terjadi pada tahap 2a-3a berlangsung di dalam kondensor. Pada proses ini gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara lingkungan.

d. Proses pendinginan lanjut (3a – 3)

Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 3a – 3. Proses pendinginan lanjut merupakan proses penurunan suhu refrigeran dari keadaan cair jenuh ke keadaan refrigeran cair. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini diperlukan agar kondisi refrigeran yang keluar dari kondensor benar – benar berada dalam fase cair. Sehingga kemungkinan pipa kapiler tersumbat menjadi kecil.

e. Proses throttling atau proses penurunan tekanan (3-4)

Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3–4 ini berlangsung di pipa kapiler secara isoentalpi (entalpi sama). Refrigeran cair mengalir menuju ke komponen pipa kapiler dan mengalami penurunan tekanan dan suhu. Sehingga suhu dari refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fase berubah dari cair menjadi fase campuran cair dan gas.

f. Proses evaporasi atau penguapan (4 – 1a)

Proses evaporasi terjadi pada tahap 4 – 1a. Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama). Dalam fase campuran cair dan gas, refrigeran yang mengalir ke evaporator memiliki tekanan dan temperatur rendah sehingga ketika menerima kalor dari lingkungan, akan mengubah seluruh fasa fluida refriegeran menjadi gas jenuh.

g. Proses pemanasan lanjut (1a – 1)

Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 1a – 1. Proses ini merupakan proses dimana uap refrigeran yang meninggalkan evaporator akan mengalami pemanasan

(31)

lanjut sebelum memasuki kompresor. Pemanasan lanjut tersebut dapat disebabkan oleh panjang pipa dari evaporator menuju kompresor, dimana penyerapan panas dapat terjadi pada jalur pipa antara evaporator dan kompresor tersebut.

2.1.3 Perhitungan pada siklus kompresi uap

Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk menganalisa unjuk kerja mesin pendingin kompresi uap yang meliputi kerja kompresor, energi yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator, COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran masa refrigeran.

a. Kerja kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada diagram P-h dari titik 1 ke titik 2, yang dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1):

1 2

h

W

_in





(2.1)

Pada Persamaan (2.1)

W

: kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg);

h : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg);

h : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg).

b. Energi kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout)

Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi dari titik 2 ke titik 3. Perubahan tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2):

3 2

h

Q

_out





(2.2)

Pada Persamaan (2.2)

out

(32)

h : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg);

h

: nilai entalpi refrigeran keluar kondensor atau masuk pipa kapiler (kJ/kg).

c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)

Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi dari titik 4 ke titik 1. Perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3)

4 1

h

Q

_in





(2.3)

Pada Persamaan (2.3)

Q

: energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg);

h : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg);

h : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi

saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai h4=h3 (kJ/kg).

d. Koefisien prestasi aktual / Coefficient of Performance aktual (

COP

aktual)

Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator, dengan kerja yang diberikan pada kompresor. Dapat dihitung dengan Persamaan (2.4)

1 2 4 1 h h h h W Q COP in in aktual   

 (2.4)

Pada Persamaan (2.4)

Q

: energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg);

W

: kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg);

h : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg);

(33)

h : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi

saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai h4=h3 (kJ/kg).

e. Koefisien prestasi ideal / Coefficient Of Performance ideal (COPideal)

Koefisien prestasi ideal adalah nilai COP maksimal yang dapat dicapai oleh mesin yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Koefisian prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan Persamaan (2.5)

evap cond evap ideal T T T COP 



(2.5)

Pada Persamaan (2.5)

cond

T

: suhu mutlak kondensor (K);

evap

T

: suhu mutlak evaporator (K).

f. Efisiensi mesin kompresi uap (



)

Efisiensi adalah perbandingan antara

COP

aktual dengan

COP

ideal . Efisiensi

mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.6)

% 100   ideal aktual COP COP

 (2.6)

Pada Persamaan (2.6)

aktual

COP

: Koefisien prestasi aktual / Coefficient of Performance aktual mesin siklus kompresi uap;

ideal

COP

: Koefisien prestasi ideal / Coefficient of Performance ideal mesin siklus kompresi uap.

g. Laju aliran massa refrigeran (m )

(34)

in W

V I

m   (2.7)

Pada Persamaan (2.7)

I : arus listrik (A); V : voltage (v);

W

: kerja yang dilakukan kompresor (kJ/kg).

Dalam penggunaan diagram tekanan-entalpi nilai-nilai entalpi tergantung jenis bahan pendingin yaitu refrigeran yang dipakai. Pada penelitian ini menggunakan refrigeran jenis R 134a. Untuk diagram tekanan-entalpi R 134a disajikan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Diagram tekanan-entalpi untuk R134a

(35)

2.1.4 Komponen komponen siklus kompresi uap

Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, dan pipa kapiler. Dan komponen tambahan terdiri dari filter, thermostat, refrigeran, dan kipas.

2.1.4.1Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin yang berfungsi untuk mensirkulasi refrigeran yang mengalir dalam unit mesin pendingin dan menaikkan tekanan refrigeran. Klasifikasi kompresor berdasarkan letak motor penggeraknya dibagi menjadi 3 yaitu :

a. Kompresor open unit (Open Type Compresor)

Jenis kompresor ini posisi kompresor terpisah dari tenaga penggeraknya. Tenaga penggerak kompresor umumnya motor listrik. Salah satu ujung poros engkol dari kompresor menonjol keluar, sebuah puli dari luar dipasang pada ujung poros tersebut. Melalui tali puli dihubungkan dengan tenaga penggeraknya. Karena ujung poros engkol keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi sil atau perapat agar refigeran tidak bocor keluar.

Gambar 2.6 Kompresor Open Unit

(sumber: http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/kompresor-terbuka-open-type-compressor.html)

b. Kompresor semi hermatik

Pada konstruksi kompresor semi hermetic, kompresor dan motor listrik berdiri sendiri-sendir dalam keadaan terpisah. Poros kompresor dirancang langsung berhubungan dengan poros motor listrik.

(36)

Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik

(sumber: http://ecocoolworld.com/compressor-types/)

c. Kompresor hermatik

Jenis kompresor yang motor penggeraknya dan kompresornya berada dalam satu rumahan yang tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros dari kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.

Gambar 2.8 Kompresor hermatik jenis torak

(sumber : http://www.indiamart.com/proddetail/cutaway-model-semi-hermetic-refrigerant-compressor-4485106655.html)

Gambar 2.9 Kompresor hermatik jenis rotari

(sumber: https://hvactutorial.wordpress.com/sectioned-components/compressors/hermetic-rotary-compressor-stationary-blade/)

(37)

2.1.4.2 Kondensor

Kondensor mempunyai fungsi melepaskan panas yang diserap refrigeran di evaporator dan panas yang terjadi selama proses kompresi. Bentuk atau konstruksi kondensor statis ada tiga macam yaitu :

1. Pipa dengan jari-jari penguat (wire and tube condensor) 2. Pipa dengan pelat logam (Plat type condensor)

3. Pipa dengan sirip-sirip (tube and fins condensor)

Gambar 2.10 Macam-macam konstruksi kondensor

(sumber:http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/kondensor-berpendingin-udara.html)

Dilihat dari sisi media pendingin yang digunakan kondensor dapat dibedakan 2 macam yaitu :

a. Kondensor berpendingin udara (Air Cooled Condenser)

Yaitu kondensor yang menggunakan udara sebagai media pendinginnya. Kondensor berpendingin udara (air cooled condenser) mempunyai dua tipe yaitu : natural draught condenser dan force draught condenser.

1. Natural draught condenser

Proses perpindahan kalor dari kondensor ke udara berlangsung secara alami (konveksi bebas), contohnya pada kondensor kulkas.

(38)

2. Force draught condenser

Proses perpindahan kalor dari kondensor ke udara berlangsung secara paksa (konveksi paksa). Aliran udara dilakukan dengan bantuan kipas atau blower, contohnya pada kondensor air conditioner rumah tangga.

Gambar 2.11 Kondensor berpendingin udara

(sumber:http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Teknik%20Pendinginan/bab8.php)

b. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser).

Kondensor berpendingin (water cooled condensor) adalah kondensor yang menggunakan air sebagai media pendinginnya. Menurut proses aliran yang ada pada kondensor ini terbagi menjadi dua jenis yaitu : waste water system dan recirculating water system.

1. Waste water system

Suatu sistem dimana air yang disuplai untuk kondensor diambil dari pusat– pusat air kemudian dialirkan melewati kondensor setelah itu dibuang.

2. Recirculating water system

Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan kondensor berasal dari cooling tower. Air keluar dari kondensor di kirim ke cooling tower untuk di dinginkan, setelah didinginkan air di kirim kembali ke kondensor, contohnya pada water chiller system.

(39)

Gambar 2.12 Kondensor berpendingin air

(sumber: http://www.dwyer-inst.com/ApplicationGuides/?ID=38)

2.1.4.3Evaporator

Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah refrigeran dari fase campuran cair dan gas menjadi gas seluruhya. Pada prinsipnya evaporator hampir sama dengan kondensor, yaitu sama-sama sebagai penukar kalor yang fungsinya mengubah fasa refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigeran berubah dari uap menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap. Perbedaan berikutnya adalah kondensor berfungsi membuang kalor ke lingkungan dan evaporator berfungsi menyerap kalor. Beberapa jenis evaporator sebagai berikut: a. Evaporator jenis plat

Evaporator jenis plat biasanya terdiri dari tembaga atau aluminium yang tertanam di lempengan datar sehingga membentuk permukaan datar. Penampakan evaporator jenis plat tampak seperti lempengan tunggal, akan tetapi di dalamnya ada beberapa lilitan dari tabung logam yang dilalui media pendingin. Keuntungan dari evapotaror jenis plat adalah mempunyai bentuk padat lilitan tabung terlindungi menjadi satu kesatuan. Lempengan luar juga membantu meningkatkan perpindahan kalor dari pipa logam untuk bahan yang bersifat dingin. Selanjutnya, evaporator jenis plat mudah dibersihkan, dapat di produksi dengan harga murah dan dapat dengan mudah dibentuk menjadi berbagai bentuk sesuai kebutuhan. Sehingga

(40)

dalam kulkas dan freezer, jenis ini paling sering digunakan dan dapat dibuat dalam bentuk kotak untuk membentuk kandang tertutup, di mana berbagai makanan dapat disimpan dala keadaan beku. Evaporator jenis plat menyediakan tempat yang sangat baik dalam freezer dan apilkasi yang serupa. Dapat digunakan sebagai partisi di dalam freezer, bagian pembeku makanan, dan lemari es krim. Karena berbagai kelebihan dan fleksibilitas yang ditawarkan oleh evaporator jenis plat dapat digunkan secara luas.

Gambar 2.13 Evaporator jenis plat

(sumber:http://alwankimia.com/2016/06/05/berbagai-macam-tipe-evaporator/)

b. Evaporator pipa bersirip

Evaporator bersirip adalah evaporator yang terbuat dari pipa tembaga atau pipa baja yang ditambah dengan sirip-sirip yang terbuat dari plat tipis aluminium yang dipasang sepanjang pipa untuk menambah luas permukaan perpindahan kalor. Sirip-sirip aluminium berfungsi untuk memperluas permukaan evaporator sehingga dapat menyerap kalor lebih banyak. Ketika aliran fluida yang akan didinginkan melewati pipa evaporator menjadi tidak efektif sebagian besar terbuang dikarenakan terlalu sedikit persinggungan antara fluida dan media pendingin, dengan adanya sirip maka fluida akan tambah terjadi persinggungan dengan media pendingin dikarenakan adanya pertambahan lebar permukaan dari sirip. Jarak antar sirip disesuaikan dengan kapasitas evaporator biasanya berkisar antara 40 sampai 500 sirip per meter dan evaporator untuk keperluan suhu rendah, jarak siripnya berkisar 80 sampai 200 sirip per meter. Untuk keperluan suhu tinggi, seperti ruang air conditioner jarak sirip berkisar 1,8mm. Evaporator jenis ini banyak digunakan pada kulkas, air conditioner, dan pendingin ruangan (cool room).

(41)

Gambar 2.14 Evaporator pipa bersirip

(sumber:http://alwankimia.com/2016/06/05/berbagai-macam-tipe-evaporator/)

2.1.4.4Pipa kapiler

Pipa kapiler merupakan salah satu alat untuk menurunkan tekanan. Pipa kapiler umumnya mempunyai ukuran panjang 1 hingga 6 m, dengan diameter dalam 0,5 hingga 2 mm. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler terjadi pernurunan tekanan refrigeran dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam pipa kapiler. Proses penurunan tekanan refrigeran dalam pipa kapiler berlangsung pada entalpi konstan atau tetap. Pada saat refrigeran masuk dalam pipa kapiler, refrigeran dalam fase cair penuh. Saat masuk ke dalam evaporator, refrigeran dalam fase cair dan gas.

Gambar 2.15 Pipa kapiler

(42)

2.1.4.5Filter

Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, bahan pendingin yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian bahan pendingin yang telah melewati filter menjadi lebih bersih sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. Selain itu jika tidak ada filter, kotoran akan masuk dalam pipa kapiler dan dapat membuat pipa kapiler menjadi tersumbat dan menyebabkan sistem menjadi tidak bekerja. Oleh sebab itu filter dipasang sebelum pipa kapiler.

Gambar 2.16 Filter

(sumber: http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-bagian-bagian-kulkas.html)

2.1.4.6Thermostat

Thermostat adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja kompresor. Pada thermostat di lengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah menguap. Tabung tersebut di tempatkan pada ruang mesin pendingin (ruang evaporator) kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.

Prinsip kerja thermostat adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai titik beku ( dalam evaporator sudah mencapai suhu yang di tentukan), maka cairan dalam tabung thermostat akan beku, cairan yang membeku akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong , ruang gas akan menjadi kendur , pegas akan menekannya sehingga kontak sekelar akan membuka dengan demikian terputuslah hubungan listrik dari PLN. Terputusnya arus listrik maka kompresor akan berhenti bekerja dalam waktu yang

(43)

relatif lama dan apabila ruang pendingin atau evaporator suhunya naik dan tidak pada titik beku. Fluida dalam thermostat akan menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada sekelar kontak sehingga sekelar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN, kompresor akan bekerja kembali dan demikian berturut-turut kerja thermostat.

Gambar 2.17 Thermostat

(sumber: http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-bagian-bagian-kulkas.html)

2.1.4.7Kipas angin

Kipas angin dipergunakan untuk menghasilkan angin. Fungsi yang umum adalah untuk pendingin udara, penyegar udara, sebagai ventilasi rumah (exhaust fan), dan alat pengering (umumnya memakai komponen penghasil panas).

Gambar 2.18 Kipas Angin

(44)

2.1.4.8Refrigeran

Refrigeran adalah fluida kerja yang di pergunakan dalam siklus kompresi uap. Pemakaian refrigeran hanyalah yang ramah lingkungan dan tidak berbahaya bagi lingkungan.

Gambar 2.19 Refrigeran

(sumber: http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-bagian-bagian-kulkas.html)

2.1.4.9 Ice pack

Ice pack adalah pengganti biang es (dry ice) atau es. Bentuknya berupa gel dalam kontener yang tidak mudah pecah atau bocor. Jika biang es digunakan akan mudah habis dan berubah menjadi gas karno dioksida, sehingga hanya dapat digunakan sekali saja. Ice pack dapat digunakan berkali-kali dengan hanya mendinginkan/membekukan kedalam lemari pembuat es (freezer).

Gambar 2.20 Ice pack

(45)

2.1.4 Psychrometric chart

Psychrometric chart merupakan grafik yang digunakan untuk mengetahui properti-properti yang ada di udara pada kondisi tertentu. Dengan psychrometric chart dapat diketahui secara lengkap sifat-sifat dari udara pada kondisi tertentu. Dibutuhkan minimal dua parameter yang sudah diketahui untuk mendapatkan nilai dari properti-properti udara yang lain (Tdb, Twb, Tdp, W, RH, H, SpV). Gambar psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.21.

Gambar 2.21 Psychrometric chart

Parameter-parameter udara dalam psychrometric chart antara lain (a) Dry- bulb temperature, (b) Wet-bulb temperature, (c) Specific humidity, (d) Dew-point temperature, (e) Entalpi, (f) Volume spesifik, (g) Kelembaban relatif. Berikut ini penjelasannya:

a. Dry-bulb temperature (Tdb)

Dry-bulb temperature adalah suhu udara kering yang diperoleh melalui pengukuran termometer dengan kondisi bulb pada keadaan kering. Pada

(46)

psycrometric chart, Tdb di posisikan sebagai garis vertikal yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terletak di bagian bawah chart.

b. Wet-bulb temperature (Twb)

Wet-bulb temperature adalah suhu udara basah yang diperoleh melalui pengukuran termometer dengan kondisi bulb pada keadaan basah (bulb diselimuti kain basah). Pada psychrometric chart, Twb di posisikan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak dibagian samping kanan chart. c. Specific humidity (W)

Specific humidity adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering (kg air/ kg udara kering). Pada psychrometric chart W di posisikan pada garis sumbu vertikal yang ada dibagian samping kanan chart. d. Dew-point temperature (Tdp)

Dew-point temperature adalah suhu saat uap air di dalam udara mulai menunjukkan pengembunan ketika didinginkan. Pada psychrometric chart, Tdp ditandai sebagai titik sepanjang saturasi.

e. Entalpi (h)

Entalpi adalah jumlah kalor total dari campuran udara dan uap air yang nilainya tergantung suhu dan tekanannya. Dinyatakan dalam satuan BTU per pound udara. Nilai entalpi dapat diperoleh sepanjang skala di atas garis saturasi.

f. Volume spesifik (SpV)

Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan meter kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering.

g. Kelembaban relatif (%RH)

Kelembaban relatif adalah persentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam satu meter kubik dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam satu meter kubik tersebut.

(47)

Gambar 2.22 Skematik Psychrometric chart

(Sumber: http://3.bp.blogspot.com/_ICtrCXo1vmE/Si2sSS7S6dI/AAAAAAAA AHs/w1Xdq348bEs/s400/psc_03.gif)

2.1.4.1 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart

Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart adalah sebagai berikut: (a) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying), (b) proses pemanasan (sensible heating), (c) proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (evaporative cooling), (d) proses pendinginan (sensible cooling), (e) proses humidifying, (f) proses dehumidifying (g) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (chemical and dehumidifying), (h) proses pemanasan dan menaikan kelembaban (heating and humidifying).

Gambar 2.23 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart

(Sumber: http://auworkshop.autodesk.com/sites/default/files/styles/large/public/ core-page-inserted-images/psycrometric_porcess.jpg?itok=W0CMb_1B)

(c)

(a)

(b) (d)

(e)

(f)

(g) (h)

(48)

a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban adalah proses penurunan panas sensibel dan penurunan panas laten ke udara. Pada proses ini, terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik. Sedangkan kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya.

b. Proses pemanasan sensibel (sensible heating)

Proses pemanasan sensibel (sensible heating) adalah proses penambahan panas sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan.

c. Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (evaporative cooling)

Proses evaporative cooling berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola kering, temperatur bola basah dan kelembaban spesifik. Pada proses ini, terjadi penurunan temperatur kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembaban relatif dan kelembaban spesifik. d. Proses pendinginan sensibel (sensible cooling)

Proses pendinginan sensibel adalah proses pengambilan panas sensibel dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan, terjadi penurunan pada temperatur bola kering, temperatur bola basah dan volume spesifik, namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik dan temperatur titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan.

e. Proses humidifying

Proses humidifying merupakan proses penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, temperatur bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik.

(49)

Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, temperatur bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik.

g. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying) Proses ini menunjukkan kenaikan temperatur bola kering dan penurunan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembaban spesifik, entalpi, temperatur bola basah dan kelembaban relatif, tetapi terjadi peningkatan temperatur bola kering.

h. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidifying) Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, temperatur bola basah, temperatur bola kering.

2.1.5.2 Proses-proses pada mesin penyejuk udara

Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara dapat dilihat pada Gambar 2.21. Proses-prosesnya meliputi (a) proses pendinginan sensibel atau sensible cooling (titik A-B), (b) proses pendinginan dan penurunan kelambapan atau cooling and dehumidifying (titik B-C), (c) proses pemanasan dan menaikkan kelembaban atau heating and humidify (titik C-A).

(50)

a. Proses pendinginan sensibel atau sensible cooling (titik A-B)

Pada proses ini terjadi penurunan suhu udara setelah melewati beberapa rangkaian pipa evaporator. Penurunan suhu terjadi karena udara telah dialirkan menuju evaporator dan didinginkan oleh evaporator. Pada proses ini terjadi proses penurunan temperatur bola kering, temperatu bola basah dan volume spesifik, namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.20.

Titik A merupakan kondisi udara daerah sebelum memasuki evaporator. Udara pada titik A ini sebelumnya telah dipanaskan disertai penambahan uap air. Titik A pada Psychrometric chart, diperoleh dengan melihat temperatur bola kering bola basah yang tertera pada hygrometer. Sedangkan titik B diperoleh dengan menarik garis lurus secara horizontal menuju garis melengkung yang menunjukan kelembaban relatif 100%.

b. Proses pendinginan dan penurunan kelambaban atau cooling and dehumidifying (titik B-C)

Pada Gambar 2.20, proses merupakan proses penurunan panas sensibel dan penurunan panas laten ke udara. Pada proses ini, temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalphi, volume spesifik, temperetur titik embun dan kelembapan spesifik mengalami penurunan. Sedangkan kelembaban relatif nilainya tetap pada nilai 100%. Pada prose ini udara didinginkan oleh evaporator hingga mendekati suhu kerja evaporator. Uap air yang terjadi di udara mengalami proses pengembunan sehingga berubah menjadi air. Proses pengembunan ini mengakibatkan tingkat kelembapan spesifik pada udara menjadi berkurang.

Titik C pada proses ini merupakan kondisi udara setelah melewati evaporator atau dapat disebut juga sebagai udara keluaran evaporator. Titik C ini diperoleh dengan menggambar garis menurun mengikuti garis saturasi dari titik B hingga titik suhu sama dengan suhu udara keluar evaporator.

c. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban atau heating and humidify (titik C-A)

(51)

Pada Gambar 2.21, proses ini merupakan udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini, terjadi peningkatan kelembaban spesifik, entalpi, temperatur bola basah, dan temperatur bola kering. Proses ini menunjukkan suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara setelah melewati evaporator sehingga temperatur udara menjadi naik. Selanjutnya udara kembali ke proses Titik A dimana kondisi udara sebelum memasuki evaporator. Selisih nilai specific humidity titik A dengan titik C merupakan jumlah kandungan uap air di udara yang berhasil dinaikkan oleh proses heating and humidify ini.

2.2 Tinjuan pustaka

Effendy, M., (2005). Telah melakukan penelitian tentang “Pengaruh

kecepatan udara pendingin kondensor terhadap koefisien air conditioning”. Bertujuan untuk mengungkap pengaruh peningkatan laju aliran massa udara di kondensor terhadap koefisien prestasi sistem pendingin AC. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini merupakan mesin refrigerasi dengan pendingin udara. Hasil penelitian menunjukkan semakin besar laju aliran udara untuk mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin meningkat. Pada kecepatan udara pendingin di atas 2,98 m/s pengaruh perubahan terhadap koefisien prestasi relatif kecil.

Helmi, R. (2010). telah melakukan penelitian tentang “Perbandingan COP pada refrigerator dengan refrigeran CFC R12 dan HC R134a untuk panjang pipa kapiler yang berbeda”. Penelitian bertujuan untuk mengetahui mana yang lebih baik dan efisien dari kedua refrigeran CFC R12 ke HC R134a, serta manakah yang menghasilkan suhu dingin dan COP tertinggi. Penelitian menggunakan tiga pipa kapiler dengan ukuran yang berbeda. Untuk pipa kapiler ukuran 2,25 m, dengan refrigeran HC R134a, suhu di evaporator lebih dingin dan COPnya lebih besar dibandingkan refrigeran CFC R12. Tetapi pemakaian refrigeran CFC R12 lebih banyak dibandingkan HC R134a. Suhu terendah yang dihasilkan jika mempergunakan refrigeran CFC R12 sebesar : -14 ºC, dengan pipa yang berukuran panjang 1,75 m. Suhu terendah yang dihasilkan oleh refrigeran HC R134a sebesar : -16 ºC, dengan panjang 2,25m.

(52)

Syawalludin, S., (2013). telah melakukan penelitian tentang “Analisa Pengaruh arus aliran udara masuk evaporator terhadap coefficient of performance” yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi kecepatan aliran udara pada evaporator terhadap unjuk kerja AC ruangan + 9000 Btu/jam. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental yaitu dengan melakukan pengamatan secara langsung untuk memperoleh data sebab akibat melalui eksperimen guna mendapatkan data empiris. Hasil dari penelitian didapatkan kesimpulan bahwa kecepatan aliran udara sebelum masuk ke evaporator mempengaruhi unjuk kerja air conditioning pendingin ruangan 1 HP yang dalam hal ini ditunjukkan oleh besarnya nilai coefficient of perfomance (COP). Coefficient of perfomance (COP) tertinggi yaitu 4,84 terjadi pada kecepatan aliran udara sebesar 154,524 m/s. Sedangkan COP terkecil terjadi pada kecepatan aliran udara 84,699 m/s yaitu sebesar 3,18.

(53)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1

Objek penelitian

Objek penelitian adalah mesin penyejuk udara dengan mempergunakan mesin pendingin dan ice pack. Gambar 3.1 memperlihatkan skematik alat yang dijadikan penelitian.

Gambar 3.1 Skematik mesin penyejuk udara

Keterangan Gambar 3.1: a. Kompresor

b. Kondensor c. Evaporator

ice

1 m 65 cm

54 cm m

(54)

d. Pipa kapiler e. Kipas angin f. Kipas evaporator

Untuk mengoperasikan mesin penyejuk udara diperlukan adanya sumber listrik yang diambil dari PLN (Perusahaan Listrik Negara). Kompresor digunakan menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kondensor digunakan sebagai tempat pengembunan atau kondensasi refrigeran. Evaporator digunakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Kipas digunakan untuk menghembuskan udara ke arah evaporator dan ice pack.

3.2 Pembuatan mesin penyejuk udara

Dalam proses pembuatan mesin penyejuk udara ini diperlukan alat dan bahan sebagai berikut:

3.2.1Alat

Peralatan yang digunakan dalam proses merakit mesin penyejuk udara, antara lain:

a. Bor

Bor digunakan untuk membuat lubang. Pembuatan lubang dilakukan untuk memuat lubang pada akrilik.

b. Gergaji besi dan gergaji kayu

Geraji besi digunakan untuk memotong besi. Besi yang dipotong menggunakan gergaji besi adalah besi siku berlubnag. Dimana besi tersebut digunakan sebagai bahan pembuatan rangka mesin penyejuk udara. Sedangkan gergaji kayu digunakan untuk mengergaji papan kayu sebagai alas komponen mesin penyejuk udara. c. Obeng dan kunci pas

Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang digunakan adalah obeng (-) dan obeng (+). Sedangkan kunci pas digunakan untuk mengencangkan baut.

(55)

Meteran digunakan untuk mengukur panjang suatu benda. Dalam proses pembuatan rangka, meteran banyak digunakan untuk mengukur panjang besi L berlubang, kayu dan akrilik. Sedangkan mistar digunakan untuk mengukur panjang dari suatu benda, seperti styrofoam dan aluminum-foil.

e. Pisau cutter dan gunting

Pisau cutter dan gunting digunakan untuk memotong suatu benda, seperti styrofoam dan aluminum-foil.

f. Tube cutter

Tube cutter merupakan alat pemotong pipa tembaga. Agar hasil potongan pada pipa tembaga lebih baik serta dapat mempermudah proses pengelasan.

Gambar 3.2 Tube cutter

(sumber: http://www.directindustry.com/prod/unior-dd/product-98161-999077.html)

g. Tube expander

Tube expander atau pelebar pipa berfungsi untuk melebarkan ujung pipa tembaga agar antara pia dapat tersambung dengan baik.

Gambar 3.3 Tube expander

(sumber: https://www.tokopedia.com/kucit/flaring-swaging-tool-alat-pengembang-ujung-pipa-zenit-no-275l)

(56)

h. Alat las

Alat las digunakan untuk menyambung pipa-pipa tembaga pada mesin penyejuk udara agar sistem dapat bekerja, bahan yang digunakan perak dan dan kawat las kuningan.

i. Pompa vakum

Pompa vakum digunakan untuk megosongkan gas-gas yang terjebak di sistem mesin penyejuk udara, seperti udara dan uap air. Hal ini dimaksudkan agar tidak menggangu atau menyumbat refrigeran. Karena uap air yang berlebihan pada sistem pendinginan dapat membeku dan menyumbat pipa kapiler.

Gambar 3.4 Pompa vakum

3.2.2Bahan

Bahan atau komponen yang digunakan dalam proses merakit mesin penyejuk udara, antara lain :

a. Kompresor

Pada penelitian ini menggunakan kompresor berdaya 1/8 PK dengan spesifikasi sebagai berikut jenis kompresor : Kompresor hermatik, seri kompresor : FUJI-KOBE SR43 NO1090324 , daya kompresor : 97 watt (1/8 PK), voltase : 220-240 v; 50 Hz, arus listrik : 0,75 A.

(57)

Gambar 3.5 Kompresor

b. Kondensor

Pada penelitian ini menggunakan kondensor pipa dengan jari-jari penguat (wire and tube condenser) dengan spesifikasi sebagai berikut jenis kondensor tipe U dengan jumlah U = 12, panjang: 92 cm, lebar: 46 cm, diameter pipa: 5 mm, bahan pipa kondensor : tembaga.

(58)

c. Evaporator

Pada penelitian ini menggunakan evaporator pipa bersirip dengan spesifikasi sebagai berikut panjang evaporator: 36 cm, lebar: 20 cm, diameter pipa: 9,30 mm, banyak sirip: 62, bahan pipa: tembaga, bahan sirip: aluminium.

Gambar 3.7 Evaporator

d. Pipa kapiler

Pada penelitian ini menggunakan pipa kapiler dengan spesifikasi sebagai berikut panjang pipa kapiler : 95 cm, diameter pipa kapiler : 0,028 inchi , dan bahan pipa kapiler : tembaga.

(59)

e. Pada penelitian ini menggunakan Thermostat

thermostat dengan spesifikasi sebagai berikut thermostat kulkas type AWTB-P134 - kwalitas premium. - range 6 ~ -1.5C. - AC 125V - 250V - FLA 8A-5A.

Gambar 3.9 Thermostat

f. Filter

Pada penelitian ini menggunakan pipa kapiler dengan spesifikasi sebagai berikut panjang filter : 8 cm, diameter filter : 1,9 cm, dan bahan filter : tembaga.

(60)

g. Kipas angin

Pada penelitian ini menggunakan kipas angin dengan spesifikasi sebagai berikut kipas angin merek Maspion, model : MV-200 Nex, ukuran kipas : 200mm (8”), tegangan : 220V ; 50 Hz, dan daya : 50 W.

Gambar 3.11 Kipas angin

h. Ice pack

Pada penelitian ini menggunakan ice pack dengan model: CI-420G dengan panjang : 25 cm, lebar : 14 cm, dan tinggi : 1,5 cm.

Gambar 3.12 Ice pack

i. Kipas evaporator

Pada penelitian ini menggunakan kipas evaporator yang berfungsi untuk menghasilkan udara dari evaporator keseluruh bagian ruangan mesin pendingin.

(61)

Dengan spesifikasi sebagai berikut kipas evaporator tegangan : 220V ; 50/60 Hz, dan daya : 10 Watt.

j. Refrigeran

Pada penelitian ini menggunakan refrigeran jenis R 134a.

Gambar 3.13 Refrigeran

( Sumber : http://www.refrigerant-gas-china.com/category/refrigerant-134a/)

k. Pressure Guage

Pressure guage digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran dalam sistem pendinginan baik dalam saat pengisian maupun pada saat beroperasi. Dalam pressure guage ini terdapat 2 alat ukur, yaitu tekanan hisap kompresor dan tekanan keluaran kompresor.

(62)

l. Besi siku L berlubang

Besi siku L berlubang digunakan sebagai rangka mesin penyejuk udara.

Gambar 3.15 Besi siku L berlubang

( Sumber : http://www.anekasteelteknik.com/product/besi-siku-lobang-p203714.aspx)

m. Akrilik

Akrilik digunakan sebagai casing luar mesin penyejuk udara. Pemilihan akrilik sebagai casing luar dan dilapisi casing dalam menggunakan bahan styrofoam.

Gambar 3.16 Akrilik

( Sumber : http://www.studiokreasindo.com/blog/?con=blogdetails&id=59)

n. Mur dan baut

Mur dan baut digunakan untuk mengencangkan rangka-rangka mesin penyejuk udara.

(63)

o. Styrofoam

Styrofoam digunakan sebagai casing dalam, dengan tebal 4 mm. seperti yang diketahui bahwa styrofoam mempunyai konduktifitas termal sebesar k = 0,033 W/m.ºC (Yunus A. Cengel, 2008), yang berarti material tersebut mempunyai penghantar panas yang rendah.

Gambar 3.17 Styrofoam

( Sumber : http://eifstucco.com/product/eps-eifs-styrofoam-board-sheets/)

p. Sealant soligen

Sealant soligen atau lem silicon atau lem kaca digunakan untuk merekatkan sisi casing bagian dalam.

Gambar 3.18 Sealant soligen q. Aluminium foil

Aluminium foil digunakan untuk melapisi styrofoam bagian dalam casing mesin penyejuk udara. Aluminium foil diletakan atau ditempel setelah styrofoam untuk menjaga suhu didalam casing.

(64)

Gambar 3.19 Aluminium foil

3.2.3Proses pembuatan mesin penyejuk udara

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin penyejuk udara yaitu:

a. Merancang bentuk dan model mesin penyejuk udara.

b. Membuat rangka mesin penyejuk udara dengan bahan besi siku L berlubang. c. Pemasangan akrilik sebagai casing bagian luar mesin penyejuk udara.

d. Pemasangan Styrofoam sebagai casing bagian mesin penyejuk udara dalam setelah aklrilik casing bagian luar.

e. Pemasangan aluminium foil sebagai pelapisan styrofoam dan aluminium foil ditempel setelah styrofoam.

f. Pemasangan balok kayu sebagai alas komponen kompresor.

g. Pemasangan komponen mesin penyejuk udara yang terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler dan filter.

h. Pemasangan pipa-pipa tembaga dan pengelasan sambungan antara pipa tembaga. Komponen evaporator terletak didalam casing mesin penyejuk udara dan pemasangan pipa tembaga dilakukan dengan membuat lubang dari casing akrilik sampai ke casing styrofoam dengan menggunakan bor.

i. Pemasangan mcb, thermostat, dan digital remote. j. Pemasangan dan set pressure gauge.

k. Pemasangan kipas angin dan kipas evaporator.

l. Membuat dan pemasangan penutup kipas angin hisap mengunakan styrofoam guna meninimalisir udara masuk kedalam casing.

(65)

m. Pembuatan tempat buka dan tutup pada casing atas mesin penyejuk udara untuk memasukan ice pack kedalam casing.

n. Pembuatan lubang untuk elbow 2” (2 inch) sebagai keluaran udara sejuk dari dalam casing mesin penyejuk udara.

Gambar 3.20 Lubang sebagai keluaran suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara

3.2.4Proses pengisian refrigeran 134a 3.2.4.1Proses pemvakuman

Proses pemvakuman merupakan proses untuk membuat tekanan tinggi, menjadi hampa udara dan membuang gas yang berbeda dalam sistem. Berikut langkah-langkah pemvakuman, sebagai berikut:

a. Alat yang digunakan pressure gauge berikut satu selang berwarna biru (low pressure), yang dipasang pada pentil yang sudah dipasang dopnya dan 1 selang berwaran merah (high pressure), yang dipasang pada tabung refrigeran.

b. Pada saat pemvakuman,kran manifold diposisikan terbuka dank ran tabung refrigeran diposisikan tertutup.

c. Setelah kompresor hidup, maka secara otomatis udara yang terjebak dalam siklus akan keluar melalui potongan pipa kapiler yang telah dilas dengan lubang keluar filter.

d. Jika udara yang terjebak telah habis. Untuk memastikannya dengan cara menyalakan korek api dan ditaruh di depan ujung potongan pipa kapiler. e. Selain itu, pada jarum pressure gauge akan menunjukan angka 0 bar.

(1)

Lampiran 7 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara tanpa ice pack saat (t) ke 120

Lampiran 8 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack saat (t) ke 0

(2)

Lampiran 9 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack saat (t) ke 45

Lampiran 10 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack saat (t) ke 90

(3)

Lampiran 11 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack saat (t) ke 135

Lampiran 12 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 5 ice pack saat (t) ke 180

(4)

Lampiran 13 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack saat (t) ke 0

Lampiran 14 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack saat (t) ke 75

(5)

Lampiran 15 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack saat (t) ke 150

Lampiran 16 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack saat (t) ke 225

(6)

Lampiran 17 Siklus kompresi uap mesin penyejuk udara menggunakan 15 ice pack saat (t) ke 300