Karakteristik mesin penyejuk udara dengan variasi Ice Pack

KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN

VARIASI

ICE PACK

SKRIPSI

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

Oleh :

TRIYANA WAHYUDIANTA NIM : 135214108

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

i

KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN

VARIASI

ICE PACK

SKRIPSI

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

Oleh :

TRIYANA WAHYUDIANTA NIM : 135214108

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

ii

THE CHARACTERISTIC OF AIR CONDITIONING WITH

ICE PACK VARIATION

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

TRIYANA WAHYUDIANTA Student Number : 135214108

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017

vii

ABSTRAK

Kebutuhan masyarakat akan mesin penyejuk udara semakin hari semakin meningkat. Tujuan penelitian terhadap mesin penyejuk udara dengan menggunakan siklus kompresi uap ini adalah (1) merancang dan merakit mesin penyejuk udara sederhana yang terdiri dari mesin pendingin dan ice pack (2) mengetahui karakteristik dari mesin pendingin siklus kompresi uap, meliputi : COPaktual, COPideal dan Efisiensi mesin penyejuk udara (3) mengetahui lamanya waktu suhu udara berada dibawah 25 oC dengan berbagai variasi ice pack.

Penelitian dan pengambilan data mesin penyejuk udara dilaksanakan di Laboratorium Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Batasan-batasan dalam pembuatan mesin penyejuk udara sebagai berikut (1) mesin penyejuk udara terdiri atas mesin pendingin yang bekerja dalam siklus kompresi uap dan ice pack

(2) komponen utama siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler (3) daya kompresor sebesar: 1/8 pk. ukuran komponen utama siklus kompresi uap yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor (4) jenis evaporator: pipa dengan sirip (5) jenis kondensor: pipa dengan jari-jari penguat (6) refrigeran siklus kompresi uap: R134a (7) mesin penyejuk udara mempergunakan ruangan pendingin dengan ukuran: 60 cm x 50 cm x 45 cm (8) mesin penyejuk udara mempergunakan 20 ice pack dengan ukuran ice pack: 25 cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada freezer bersuhu -20 ºC selama 12 jam (9) mempergunakan kipas angin berdaya: 30 watt, dengan ukuran sudu kipas : 200 mm (10) semua komponen komponen utama mesin pendingin dan ice pack, diperoleh dipasaran. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah ice pack: tanpa ice pack, 10 ice pack , dan 20 ice pack.

Mesin penyejuk udara berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (1) Variasi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack merupakan variasi terbaik dan mampu menghasilkan suhu udara yang sejuk selama 360 menit, suhu awal yang dihasilkan adalah 9,4 ºC dan mampu bertahan sampai menit ke 360 dengan suhu akhir 24,8 ºC (b) hasil karakteristik mesin penyejuk udara tanpa ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,45; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,49; (c) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,30; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,28; (d) hasil karakteristik mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai COPaktual sebesar 3,39; rata-rata nilai COPideal sebesar 4.31;

viii

ABSTRACT

People’s need of air conditioner keeps increasing everyday. The objectives of this research are : (1) designing and assembling a simple air conditioner consisting coolant engine and ice pack (2) knowing the characteristic of air conditioner with cycle steam compression, including : COPactual , COPideal, and the efficiency of air conditioner (3) to know the duration of temperature under 25oC in several ice-pack variations.

This research was conducted in the laboratory of Mechanical Engineering of Sanata Dharma University. The limits of making the air conditioner are: (1) air conditioner consists of coolant engine working in steam compression cycle and ice pack (2) the main components of cycle steam compression including: compressor, evaporators, condenser, and capillary tube (3) compressor power: 1/8pk, the size of other main components of steam compression cycle adjusts the compressor power (4) type of evaporator: fin tubes (5) type of condenser: serpentine tube (6) refrigerant of steam compression cycle ; R134a (7) air conditioner using cooling room with size of: 60 cm x 50 cm x 45 cm (8) air conditioner using 20 ice-packs with size of: 25 cm x 14 cm x 15 cm. Ice pack was frozen in -20°C within 12 hours (9) using fan powered: 50 watt, the size of the convex blade of the fan: 200mm (10) all the main components of the air conditioner and the ice pack were obtained in markets. The research had been done by varying the amount of ice pack: without ice pack, 10 ice packs, and 20 ice packs.

The air conditioner was successfully created and worked well. The result of the researches give some conclusions (1) air conditioner with 20 ice packs is the best variation. It can produce cool temperature starting from 9,4°C lasted in 24,8°C within 360 minutes (b) air conditioner without ice pack: average value of COPactual is 3,45 : average value of COP ideal is 4,49 : (c) using 10 ice packs : average value of COPactual is 3,30 : average value of COPideal is 4,28 : (d) using 20 ice packs: average value of COPactual 3,39 : average value of COPideal is 4,31 :

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas semua karunia dan kasih-Nya yang diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini

dengan lancar. Penulis menyusun skripsi ini dengan judul “Karakteristik mesin penyejuk udara dengan variasi Ice Pack”. Skripsi disusun untuk memenuhi syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penulisan skripsi ini juga tidak lepas dari adanya campur tangan pihak lain yang dengan tulus dan rela mengorbankan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis sampai penulisan skripsi ini dapat terselesaikan. Atas terselesainya skripsi ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Match.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, Fakultas Sains dan Teknologi.

5. Jemina dan Wahyuningsih, selaku orang tua penulis yang telah memberi motivasi dan dukungan kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual.

x

6. Yemi Eka dan Dian Arum, selaku kakak penulis yang telah memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis.

7. Yuga Indrawan, Frischo Allesandro, dan Fransiskus Sonny, selaku teman kelompok Skripsi mesin penyejuk udara, atas kerjasamanya selama penelitian Skripsi.

8. Valentina Kurnia Palupi Sumarno yang telah memberikan semangat dan selalu mendampingi dengan setia selama pengerjaan skripsi ini.

9. Seluruh Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini.

10.Seluruh mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2013 yang juga telah memberi masukan dan dukungannya, terimakasih untuk kebersamaannya selama empat tahun di Universitas Sanata Dharma.

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, 27 Juli 2017

xi

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……….... 3

1.5 Manfaat penelitian………... 4

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA………….... 5

xii

2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin……… 5 2.1.2 Siklus kompresi uap………... 6 2.1.3 Perhitungan pada siklus kompresi uap………... 10 2.1.4 Komponen komponen siklus kompresi uap………....

2.1.4.1 Kompresor………

2.1.4.2 Kondensor………...

2.1.4.3 Evaporator………... 2.1.4.4 Pipa kapiler………...

2.1.4.5 Filter………..

2.1.4.6 Thermostat………

2.1.4.7 Kipas...………...

14 14 18 20 22 22 23 24 2.1.5 Psychrometric chart………...

2.1.5.1 Parameter-parameter Udara Psychrometric chart.

2.1.5.2 Proses-proses Yang Terjadi Pada Udara Dalam... Psychrometric chart

2.1.5.3 Proses-proses yang terjadi pada Mesin Penyejuk Udara dengan mesin pendingin dan ice-pack

24 25 27

29

2.2 Tinjauan Pustaka………... 31

BAB III METODE PENELITIAN……….... 34

3.1 Objek Penelitian……….………... 30

3.2 Variasi Penelitian…………..……..…...…..…..…..…... 35 3.3 Alur Penelitian…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..….. 35

xiii

3.4 Alat dab Bahan Penelitian…..…..…..…..…..…..…..…... 37

3.4.1 Alat………..… 37

3.4.2 Bahan……….. 38

3.4.3 Alat Bantu dalam Penelitian ………..…..…..… 44

3.5 Proses Pembuatan Mesin Penyejuk udara……….… 45

3.5.1 Proses Pengisan Refrigeran………..…..…. 47

3.5.2 Skematik Pengambilan Data…..…..…..…..…..…... 49

3.5.3 Langkah-langkah pengambilan data…..…..…..…... 52

3.5.4 Cara Mengolah Data…..…..….………..…… 53

3.5.5 Cara mendapatkan Kesimpulan...…………..………. 54

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..………... 60

4.4 Hasil perhitungan……….. 64

4.5 Pembahasan……...……….……….. 4.5.1 Mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack……….…..…..…..…..…..…..…..… 4.5.2 Mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack….. 4.5.3 Mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack….. 65 65 70 75 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….. 81

xiv

5.2 Saran…………...…….………. 81 DAFTAR PUSTAKA…...………...………...………...………...………. 83

LAMPIRAN……….. 84 A. Foto alat yang digunakan dalam penelitian…………... 84 B. Gambar P-h Diagram………. 85

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin………... 5

Gambar 2.2 Rangkaian Utama komponen siklus kompresi uap………... 6

Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap Diagram P-h ... 7

Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-S …..…..…...…... 8

Gambar 2.5 Kompresor open type………..….... 15

Gambar 2.6 Kompresor scroll ………... 16

Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik..………..…... 17

Gambar 2.8 Kompresor hermatik …..…..….………... 17

Gambar 2.9 Natural Draught Condensor…………..………..……..…... 19

Gambar 2. 10 Force Draught Condensor………... 19

Gambar 2. 11 Evaporator jenis pipa dengan sirip………... 21

Gambar 2. 12 Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat ………. 21

Gambar 2. 13 Evaporator jenis plat………... 21

Gambar 2.14 Pipa kapiler……….... 22

Gambar 2.15 Filter………... 23

Gambar 2.16 Thermostat………... 24

Gambar 2.17 Kipas ………...………... 24

Gambar 2.18 Psychrometric chart………... 25

Gambar 2.19 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric chart 27 Gambar 2.20 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara…….. 30

Gambar 3. 3.1 Skematik mesin penyejuk udara………... 34

xvi

Gambar 3.3 Papan kayu dan Akrilik……….... 39

Gambar 3.4 Roda ……… 39

Gambar 3.5 Kompresor ……….... 40

Gambar 3.6 Kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat……….. 41

Gambar 3.7 Evaporator jenis pipa bersirip ………... 42

Gambar 3.8 Filter……….. 42

Gambar 3.9 Pressure Gauge…….………... 43

Gambar 3.10 Refrigeran R 134a ………. 43

Gambar 3.11 Penampil suhu digital dan thermokopel………... 44

Gambar 3.12 Hygrometer……….... 45

Gambar 3 13 Stopwacth……….….….…... 45

Gambar 3.14 Rancangan mesin penyejuk udara………... 46

Gambar 3.15 Pengelesan sambungan pipa-pipa kapiler………... 46

Gambar 3.16 Pengisian Refrigeran R134a ………..……... 49

Gambar 3.17 Skematik pengambilan data ………... 50 Gambar 4.1 Diagram p-h R134a Mesin penyejuk udara tanpa...

menggunakan ice pack pada menit (t) ke 120

60 Gambar 4.2 Grafik Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara tanpa...

menggunakan ice pack dari waktu ke waktu

65 Gambar 4.3 Grafik laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara...

tanpa ice pack dari waktu ke waktu

67 Gambar 4.4 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara tanpa...

tanpa ice pack dari waktu ke waktu

67 Gambar 4.5 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara tanpa menggunakan...

Ice pack dari waktu ke waktu

68

Gambar 4.6 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa... menggunakan ice pack dari waktu ke waktu

xvii

Gambar 4.7 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara ... menggunakan10 ice pack dari waktu ke waktu

70 Gambar 4.8 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara...

menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu

72

Gambar 4.9 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara... menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu

72 Gambar 4.10 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice....

pack dari waktu ke waktu

73 Gambar 4.11 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara…...

menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu

74 Gambar 4.12 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara menggunakan

20 ice pack dari waktu ke waktu

75 Gambar 4.13 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara...

menggunakan 20 ice pack dari waktu ke waktu

77 Gambar 4.14 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara...

menggunakan 20 ice pack dari waktu ke waktu

77 Gambar 4.15 Grafik efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice..

pack dari waktu ke waktu

78 Gambar 4.16 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara...

menggunakan 20 ice pack dari waktu ke waktu

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Variasi Penelitian ………...…... 34 Tabel 3.2 Tabel yang digunakan untuk mencatat data penelitian ………... 51 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 10 ice.

pack

56

Tabel 4.3 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack

56

Tabel 4.4 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack

57

Tabel 4.5 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack

58

Tabel 4.6 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack

58

Tabel 4.7 Nilai entalpi mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice...

pack

59 Tabel 4.8 Nilai entalpi mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack.. 59 Tabel 4.9 Nilai entalpi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack... 59 Tabel 4.10 Keterangan dari diagram P-h…... 61 Tabel 4.11 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa...

menggunakan ice pack

64

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

64 Tabel 4.13 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa ...

menggunakan ice pack

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu negara berkembang yang sekarang sedang dalam masa pembangunan. Di setiap daerah banyak dilakukan pembangunan baik itu infrastruktur maupun manufaktur. Semua ini dilakukan untuk negara yang maju, meningkatkan kesejahteraan rakyat, dan meningkatkan kualitas manusia Indonesia yang diperlengkapi dengan semua syarat yang diperlukan untuk menjalankan pembangunan di Indonesia sehingga dapat bersaing dengan negara lain.

Dewasa ini mesin penyejuk udara sangat dibutuhkan di kehidupan sehari hari. Kebutuhan masyarakat akan penyejuk udara semakin hari semakin meningkat. Di setiap tempat ditemui pemakaian penyejuk udara, baik di tempat umum, di mall-mall, di supermarket, di bank, di rumah sakit, di perkantoran, di sekolah-sekolah dan perguruan tinggi, di hotel, di gedung olahraga, di gedung kesenian ,di perumahan, di perusahan, ataupun pada alat transportasi. Berbagai macam penyejuk udara ada di pasaran, dari berdaya kecil sampai berdaya besar. Namun demikian, selalu ada kelebihan dan kekurangan dari setiap mesin penyejuk udara yang ada.

Kekurangan mesin penyejuk udara yang ada di pasaran saat ini adalah masih memerlukan daya listrik yang cukup besar untuk bekerjanya. Penggunaan mesin penyejuk udara masih didominasi masyarakat kelas ekonomi menengah atas. Kondisi ini merupakan persoalan yang harus dijawab supaya tidak menimbulkan

masalah soaial. Bagaimanakah merancang mesin penyejuk udara berdaya kecil, agar masyarakat kelas ekonomi menengah ke bawah ikut juga menikmati kehadiran mesin mesin penyejuk udara ini?

Dengan memahami masih ada kekurangan pada mesin pendingin udara, maka penulis tertantang untuk mendapatkan mesin penyejuk udara yang menggunakan daya rendah namun menghasilkan efisiensi sebanding dengan daya yang dikeluarkan. Berangkat dari persoalan tersebut, penulis melakukan penelitian dengan topik tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Kebutuhan mesin pendingin ruangan seperti mesin penyejuk udara sekarang ini semakin meningkat. Penggunaan mesin penyejuk udara yang selama ini dipergunakan masih memerlukan daya yang cukup besar. Oleh sebab itu, diperlukan suatu inovasi mesin penyejuk udara yang membutuhkan daya yang rendah, lebih sederhana dan lebih praktis penggunaanya. Bagaimanakah merancang penyejuk ruangan yang lebih sederhana dan berdaya rendah untuk menyelesaikan persoalan ini?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Merancang dan merakit mesin penyejuk udara sederhana yang terdiri dari mesin pendingin dan ice-pack.

b. Mengetahui karakteristik mesin pendingin siklus kompresi uap yang dipergunakan di dalam mesin penyejuk udara, meliputi : besarnya nilai COPactual, COPideal dan efisiensi.

c. Mengetahui lamanya waktu suhu udara berada dibawah 25 oC dengan berbagai variasi Ice Pack.

1.4 Batasan Masalah

Batasan batasan yang diambil dalam pembuatan mesin penyejuk udara, yaitu :

a. Mesin penyejuk udara terdiri atas mesin pendingin yang bekerja dengan siklus kompresi uap dan ice-pack.

b. Komponen utama mesin siklus kompresi uap meliputi kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler.

c. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar 1/8 HP, ukuran komponen utama yang lain, besarnya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.

d. Komponen utama siklus kompresi uap yang dipakai pada mesin pendingin merupakan komponen standar yang ada di pasaran.

e. Fluida kerja dari siklus kompresi uap adalah R134a.

f. Mesin penyejuk udara mempergunakan ice pack yang didapat di pasaran, dengan berat 0,2 kg dan ukuran 25 cm x 14 cm x 1,5 cm.

g. Mempergunakan kipas angin berdaya 30 watt. h. Ukuran ruang pendingin : 60 cm x 50 cm x 45 cm

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang penyejuk udara berdaya listrik rendah.

b. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi dalam pembuatan penyejuk udara bagi para pembuat.

c. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai acuan bagi para peneliti lain untuk dapat merancang mesin penyejuk udara dengan kemampuan kerja yang lebih baik.

d. Dihasilkan teknologi tepat guna berupa mesin penyejuk udara berdaya listrik rendah.

5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin

Mesin pendingin adalah peralatan yang berfungsi untuk memindahkan kalor dari dalam ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor dari lingkungan bersuhu rendah kemudian dipindahkan ke lingkungan bersuhu tinggi. Mesin pendingin yang mempergunakan siklus kompresi uap mempunyai komponen utama yang terdiri dari empat bagian yaitu : kompresor, evaporator, kondensor, dan katup ekspansi atau pipa kapiler. Fluida yang dipergunakan pada siklus kompresi uap dinamakan dengan refrigeran. Gambar 2.1 menunjukkan prinsip dasar kerja mesin pendingin.

Mesin pendingin telah digunakan dalam banyak hal. Diantaranya sebagai pengawet bahan makanan ( kulkas, freezer, cold storage, dll ), pengawet minuman (show case, kulkas, dll), pengkondisi udara ruangan (AC, water chiller, dll) dan pembuat es (ice maker). Dengan berkembangnya informasi dan teknologi sekarang ini, manusia telah merasakan dampak positif dari teknologi mesin pendingin

2.1.2 Siklus Kompresi Uap

Dari sekian banyak jenis sistem refigerasi, yang paling umum digunakan adalah refrigerasi dengan sistem kompresi uap. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan pipa kapiler atau katup expansi. Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap digambar pada Gambar 2.2 dan siklus kompresi uap pada diagram P.h disajikan pada Gambar 2.3, pada diagram T-s pada Gambar 2.4.

Gambar 2.2 Rangkain Utama Komponen Siklus Kompresi Uap Kondensor

Kompresor Pipa Kapiler

1

2 3

4

Evaporator Qout

Win

Pada siklus kompresi uap, di evaporator refrigeran akan ‘menghisap’ kalor

dari dalam ruangan sehingga kalor tersebut akan menguapkan refrigeran. Kemudian uap refrigeran ditekan oleh kompresor hingga mencapai tekanan kondensor, dalam kondensor uap refrigeran dikondensasikan sehingga fase refrigeran berubah wujud cair dengan cara membuang kalor dari uap refrigeran ke lingkungannya. Kemudian refrigeran akan diturunkan tekanannya oleh pipa kapiler, sehingga fasenya berubah dari cair menjadi campuran cair dan gas dan diteruskan kembali ke dalam evaporator.

Pada Gambar 2.2, Gambar 2.3 dan Gambar 2.4, Qin adalah besarnya kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran. Qout adalah besarnya kalor yang dilepas kondensor ke lingkungan karena suhu refrigeran didalam kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan. Proses penguapan berlangsung di evaporator secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama) sedangkan Win adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran.

Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap Diagram P-h

P1

3

1 2

4 1a

2a 3a

P

h

h3= h4 h1 h2

Te

ka

na

n

Entalpi

Win

Qin Qout

Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s

Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap (terjadi pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4) adalah (a) proses kompresi, (b) proses desupa heating, (c) proses kondensasi, (d) proses pendingin lanjut, (e) proses penurunan tekanan, (f) proses penurunan tekanan, (g) proses pemanasan lanjut.

a. Proses kompresi (1-2)

Proses kompresi dilakukan oleh kompresor terjadi pada tahap 1 – 2 dan berlangsung secara isentropik adiabatik (isoentropi atau entropi konstan).. 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 penurunan suhu gas panas lanjut menjadi gas jenuh (proses 2-2a) 3

1 2

4 _1a

2a 3a

T

S Qout

Win

Qin

Te

mper

atur

Proses pendinginan dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada tahap 2 – 2a. Proses ini juga dinamakan desupa heating. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir dari refrigeran ke lingkungan karena suhu refrigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.

c. Proses kondensasi (2a-3a)

Proses kondensasi 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 refrigeran cair. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini diperlukan agar kondisi refrigeran yang keluar dari kondensor benar – benar berada dalam fase cair, untuk memudahkan mengalir di dalam pipa kapiler.

e. Proses penurunan tekanan (3-4)

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

f. Proses penguapan ( 4 – 1a)

Proses evaporasi terjadi pada tahap 4 – 1a. Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama). Dalam fasa campuran cair dan gas, refrigeran yang mengalir ke evaporator menerima kalor dari lingkungan, sehingga akan mengubah seluruh fasa fluida dari refriegeran berubah 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 lanjut sebelum memasuki kompresor. Hal ini di maksudkan agar kondisi refrigeran benar-benar dalam keadaan gas agar proses kompresi dapat berjalan dengan baik dan kerja kompresor menjadi ringan.

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 massa refrigeran.

a. Kerja kompresor (Win)

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

1

2

h

h

W

_in





(2.1)

Pada Persamaan (2.1) :

h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg).

h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg).

b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout) Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3, perubahan tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2) :

3

2

h

h

Q

_out





(2.2)

Pada Persamaan (2.2) :

Qout :energi kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).

h2 : nilai entalpi saat masuk kondensor (kJ/kg).

h3 : 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 pada titik 4-1, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3) :

4

1

h

h

Q

_in





(2.3)

Pada Persamaan (2.3) :

Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg) ℎ1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi

pada saat masuk kompresor (kJ/kg)

ℎ4 : 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 / Coefficient of Performance aktual (COPaktual)

Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah perbandingan antara panas yang disetiap evaporator dengan kerja yang yang diberikan evaporator. Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator dibagi kerja kompresi, dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) :

1 2 4 1 h h h h W Q COP in in a ktua l









(2.4)

Pada Persamaan (2.4) :

Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg). Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).

h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg).

h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).

ℎ4 : 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 pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan Persamaan (2.5) berikut ini :

eva p cond eva p idea l

T

T

T

COP



Pada Persamaan (2.5) :

COPideal : Koefisien prestasi ideal

T

cond : suhu mutlak kondensor (K).

T

evap : suhu mutlak evaporator (K).

f. Efisiensi mesin kompresi uap (η)

Efisiensi mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.6)

% 100

 

idea l a ktua l COP COP



(2.6)

Pada Persamaan (2.6) :

COPactual :Koefisien prestasi aktual mesin kompresi uap. COPideal :Koefisien prestasi ideal mesin kompresi uap. g. Daya Kompresor Mesin (P)

Daya untuk kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7) :

P = V × I (2.7)

Pada Persamaan (2.7) :

P : daya kompresor (J/det). V : voltage (volt).

I : arus listrik kompresor (A).

h. Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁ)

1000

 



in W

V I m

(2.8) Pada Persamaan (2.8) :

ṁ : laju aliran massa refrigeran (kg/s). I : arus listrik (A).

V : voltage (volt).

Win : kerja yang dilakukan kompresor (J/kg).

2.1.4 Komponen Komponen Siklus Kompresi Uap

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

2.1.4.1 Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasi refrigeran yang mengalir dalam unit mesin pendingin. Dari cara kerja mensirkulasikan refrigeran, kompresor dapat dikalsifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Kompresor Open Unit (open type compresor)

Pada jenis kompresor ini letak kompresor terpisah dari tenaga penggeraknya. Masing-masing bergerak sendiri dalam keadaan terpisah. 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 belt puli dihubungkan dengan tenaga penggeraknya. Karena

ujung poros engkol keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi perapat agar refrigeran tidak bocor keluar.

Gambar 2.5 Kompresor open type

Sumber: https://hvactutorial.files.wordpress.com/2012/03/bitzer-open-type-reciprocating-compressor.jpg

b. Kompresor Sentrifugal

Prinsip dari kompresor sentrifugal adalah menggunakan gaya sentrifugal untuk mendapatkan energi kinetik pada impeller sudu dan energi kinetik ini diubah menjadi tekanan potensial. Tekanan dan kecepatan uap yang rendah dari saluran sunction dihisap kedalam lubang masuk atau mata roda impeller oleh aksi dari shaft rotor, dan kemudian diarahkan dari ujung-ujung pisau ke rumah kompresor untuk diubah menjadi tekanan yang bertambah.

c. Kompresor Scroll

Prinsip kerja dari kompresor scroll adalah menggunakan dua buah scroll (pusaran). Satu scroll dipasang tetap dan salah satu scroll lainnya berputar pada

orbit. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran hisap oleh scroll dan dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya pada pusat orbit dari scroll tersebut.

Gambar 2.6 Kompresor scroll

Sumber: https://setuabadiacpart.files.wordpress.com/2016/03/compresor-ac-11.jpg?w=243

d. Kompresor Sekrup

Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor dan meninggalkan kompresor dari ujung yang lain. Pada posisi langkah hisap terbentuk ruang hampa sehingga uap mengalir kedalam. Nilai putaran terus berlanjut, refrigeran yang terkurung digerakan mengelilingi rumah kompresor. Pada putaran selanjutnya terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga memperkecil volume rongga dan menekan refrigeran tersebut keluar melalui saluran buang.

e. Kompresor Semi Hermatik

Pada kontruksi semi hermetik bagian kompresor dan elektro motor masing-masing berdiri sendiri dalam keadaan terpisah. Untuk menggerakan kompresor poros motor listrik dihubungkan dengan poros kompresornya langsung.

Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik

Sumber:http://2.bp.blogspot.com/sl8_Yn4HlMw/VUL38Y158BI/AAAAAAAAT 8/xjnMKDKCqLg/s1600/pkl.png

f. Kompresor Hermatik

Pada dasarnya, kompresor hermetic hampir sama dengan semi-hermetik, perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja) kompresor dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetic dipergunakan sambungan las sehingga rapat udara. Pada kompresor semi-hermetik dengan rumah terbuat dari besi tuang, bagian-bagian penutup dan penyambungnya masih dapat dibuka. Sebaliknya dengan kompresor hermetic, rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor listriknya tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor.

Gambar 2.8 Kompresor Hermatik Sumber :

http://1.bp.blogspot.com/.36s9y8S7r2E/Vvlima0f2vI/AAAAAAAAAQc/DXFiO6 aafVo/s1600/logo4.jpg

2.1.4.2 Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas refrigeran pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor yang banyak digunakan pada teknologi saat ini adalah kondensor dengan pendingin udara. Kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak memerlukan perawatan khusus. Saat mesin pendingin bekerja, kondensor akan terasa hangat bila dipegang. Agar proses perubahan wujud yang diinginkan ini dapat terjadi, maka kalor atau panas yang ada dalam gas refrigeran yang bertekanan tinggi harus dibuang keluar dari sistem. Kondensor mempunyai fungsi melepaskan panas yang diserap refrigeran di evaporator dan kerja kompresor selama proses kompresi. Dilihat dari sisi media yang digunakan kondensor dapat dibedakan 2 macam yaitu:

a. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)

Air cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan udara sebagai

media pendingin. Air cooled codenser mempunyai dua tipe yaitu : (1) Natural Draught condenser (2) force Draught condenser.

1. Natural Draught Condenser

Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi bebas atau konveksi alami. Aliran udara berlangsung karenanya adanya beda massa jenis. Pada proses ini ada peralatan tambahan yang dipergunakan untuk menggerakan aliran udara . Kondensor jenis ini dapat ditemui pada kondensor kulkas satu pintu, show case, chest freezer maupun frezeer.

Gambar 2.9 Natural Draught Condensor

Sumber : https://image.slidesharecdn.com/lec-202-28condenser-29-20dis-202011-

130727113717-phpapp02-160419135229/95/lec- 20228condenser2920dis202011130727113717phpapp02-8-638.jpg?cb=1461074060

2. Force Draught Condenser

Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi paksa. Aliran udara berlangsung karena adanya kipas udara atau blower. Jenis ini ditemui pada mesin kulkas dua pintu maupun pada mesin AC.

Gambar 2.10 Force Draught Condensor

b. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)

Water cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan air sebagai

media pendinginnya. Menurut proses aliran yang ada pada kondensor ini terbagi menjadi dua jenis yaitu :

1. Wate Water System

Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan kondensor, diambil dari pusat-pusat air kemudian dialirkan melewati kondensor setelah itu air dibuang keluar dan tidak dipergunakan lagi.

2. Recirculating Water System

Suatu sistem dimana air yang di pergunakan untuk mendinginkan kondensor dan telah meninggalkan kondensor disalurkan ke dalam cooling tower, untuk diturunkan temperaturnya sesuai pada temperatur yang dikehendaki. Selanjutnya air dipergunakan lagi dan di beri kembali ke kondensor.

2.1.4.3 Evaporator

Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator. Hal tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin siklus kompresi uap adalah jenis pipa dengan sirip, pipa-pipa dengan jari-jari penguat dan jenis plat.

Gambar 2.11 Evaporator jenis pipa dengan sirip

Sumber : http://i01.i.aliimg.com/img/pb/902/981/204/1209432123420jpg.jpg

Gambar 2.12 Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat

Sumber:http://image-in-china.com/4f0j00ivlaCZtjCGgd/WOT-Evaporator=Wire-Tube-Evaporator-Refrugerator-Evaporator-.jpg

Gambar 2.13 Evaporator jenis plat

Sumber:http://www.suremarineservice.com/images/products/display/PT4GWGR.j pg

2.1.4.4 Pipa Kapiler

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran pada siklus kompresi uap yang ditempatkan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah. Penggunaan pipa kapiler pada mesin siklus kompresi uap mempermudah kerja kompresor pada waktu start, karena tekanan kondensor dan evaporator sama.

Gambar 2.14 Pipa kapiler Sumber:

http://1.bp.blogspot.com/.kRccdAf_lx8/VKYqUTGkYUI/AAAAAAAAAUg/He RwRNrm5Mw/s1600/pipa%2Bkapiler.gif

2.1.4.5 Filter

Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, refrigeran yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian refrigeran yang telah melewati filter menjadi lebih bersih sehingga proses proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. 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 2.15 Filter Sumber:

http://4.bp.blogspot.com/.PITAzm8Obio/VgX8BY8KnuI/AAAAAAAAAOQ/Nc VICPl7Xk4/s1600/filter.jpg

2.1.4.6 Thermostart

Thermostart adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruangan evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja kompresor. Pada thermostart dilengkapi dengan tabung yang berisi fluida. Tabung tersebut di tempatkan pada ruangan mesin pendingin (ruang evaporator), kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.

Prinsip kerja thermostart adalah jika ruang dalam mesin pendingin siklus kompresi uap mencapai suhu yang ditentukan, maka fluida dalam tabung

thermostart akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong, ruang gas akan menjadi kendur, pegas akan menekan sehingga kontak saklar akan membuka dengan demikian terputuslah hubungan listrik dari PLN. Terputusnya arus listrik akan menyebabkan kompresor akan berhenti bekerja sementara waktu. Apabila ruang pendingin atau evaporator suhunya naik, fluida dalam thermostart akan mengembang yang berarti ruang gas memberi tekanan pada saklar kontak

sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN, kompresor akan bekerja kembali.

Gambar 2.16 Thermostat

2.1.4.7 Kipas

Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling atau sudu-sudu. Kipas ini berfungsi untuk mengalirkan udara. Udara yang dihembuskan oleh kipas akan mempercepat proses perpindahan kalor.

Gambar 2.17 Kipas 2.1.5 Psychrometric chart

Psychrometric chart merupakan grafik termodinamis udara yang

digunakan untuk menentukan properti-properti dari udara pada kondisi tertentu . Dengan Psychrometric chart dapat diketahui hubungan antara berbagai parameter

udara secara cepat dan cukup presisi. Untuk mengetahui nilai dari properti-properti ( Tdb, Twb, W, RH, H, SpV ) bisa dilakukan apabila minimal dua buah parameter tersebut sudah diketahui.

2.1.5.1 Parameter-parameter Udara Psychrometric chart

Parameter-parameter udara Psychrometric chart meliputi : (a) Dry-bulb Temperature (Tdb), (b) Wet-bulb Temperature (Twb), (c) Dew-point Temperature

(Tdp), (d) Specific Humidity (W),(e) Relative Humidity (%RH), (f) Enthalpy (H) dan (g) Volume Spesific (SpV). Contoh Psychrometric chart disajikan pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Psychrometric chart

a. Dry-bulb Temperature (Tdb)

Dry-bulb Temperatur adalah suhu udara pada keadaan kering yang diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb tidak basah (tidak diselimuti kain basah). Tdb diposisikan sebagai garis vertikal

yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terdapat dibagian bawah

Psychrometric chart.

b. Wet-bulb Temperature (Twb)

Wet-bulb Temperature adalah suhu udara pada keadaan kering yang

diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb dalam kondisi basah (diselimuti kain basah). Twb diposisikan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian kanan

Psychrometric chart.

c. Dew-point Temperature (Tdp)

Dew-point Temperature adalah suhu dimana udara mulai menunjukkan terjadinya pengembunan ketika didinginkan/diturunkan suhunya dan menyebabkan adanya perubahan kandungan uap air di udara. Tdp ditandai sepanjang titik saturasi.

d. Specific Humidity (W)

Specific Humidity adalah jumlah uap air yang terkandung di udara dalam setiap kilogram udara kering (kg air/kg udara kering). Pada Psychrometric chart

W diposisikan pada garis sumbu vertikal yang berada di samping kanan

Psychrometric chart.

e. Relative Humidity (%RH)

Relative Humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1m3 dengan jumlah air maksimum yang dapat terkandung dalam 1m3 dalam bentuk persentase.

Enthalpy adalah jumlah panas total yang terkandung dalam campuran udara dan uap air persatuan massa. Dinyatakan dalam satuan Btu/lb udara.

g. Volume Spesific (SpV)

Volume Spesific adalah volume dari udara campuran dengan satuan meter

kubik persatuan kilogram udara kering.

2.1.5.2 Proses-proses Yang Terjadi Pada Udara Dalam Psychrometric chart Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychometric chart adalah sebagai berikut (a) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify), (b) proses pemanasan sensibel (sensible heating), (c) proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidify), (d) proses pendinginan sensibel (sensible cooling), (e) proses humidify, (f) proses

dehumidify, (g) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify), (h) proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidify). Proses-proses ini dapatdilihat seperti pada Gambar 2.19.

Gambar 2.19 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric chart

Sumber:https://sustainabilityworkshop.autodesk.com/sites/default/files/styles/600 px/public/core-page-inserted-images/psycrometric_porcess.jpg?itok=a5jAn_fN

a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify) adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur pada 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 (sensible heating) adalah proses penambahan kalor 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 (cooling and humidify) Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidify) berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola kering, temperatur bola basah 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 (sensible cooling) adalah pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses ini, terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik,

namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik dan suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan.

e. Proses humidify

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

f. Proses dehumidify

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

g. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify)

Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify) berfungsi untuk menaikkan suhu bala kering dan menurunkan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembaban relatif tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering. h. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidify)

Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering.

2.1.5.3 Proses-proses yang terjadi pada Mesin Penyejuk Udara dengan mesin pendingin dan ice-pack

Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara dalam

sensible cooling, (b) Proses pendinginan dan penurunan kelambaban atau cooling

and dehumidifying, (c) Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban atau

heating and humidify

Gambar 2.20 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara

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

Pada proses ini terjadi penurunan suhu udara setelah melewati beberapa ice pack dan beberapa rangkaian pipa evaporator. Pada proses ini terjadi proses penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah dan volume spesifik dari udara, namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.20.

Titik A merupakan kondisi udara sebelum melewati beberapa ice pack dan evaporator. Udara pada titik A adalah udara luar sebelum masuk penyejuk udara. Titik A pada Psychrometric chart, diperoleh dengan melihat temperatur bola kering dan temperatur bola basah yang tertera pada hygrometer. Sedangkan titik B

diperoleh dengan menarik garis lurus secara horizontal menuju garis lengkung yang menunjukan kelembapan relatif 100%.

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

Proses (B-C) merupakan proses penurunan suhu udara basah dan penurunan suhu udara kering. Nilai entalphi, volume spesifik, temperatur titik embun dan kelembaban spesifik mengalami penurunan. Sedangkan kelembapan relatif nilainya tetap pada nilai 100%. Pada proses 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 dimana udara setelah didinginkan oleh evaporator atau dapat disebut juga udara keluaran evaporator. Titik C ini diperoleh dengan menggambar garis menurun mengikiti garis saturasi dari titik B hingga titik suhu sama dengan suhu udara keluaran dari mesin penyejuk udara. c. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban atau heating and humidify

(titik C-A)

Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering.

2.1.6 Tinjauan Pustaka

Galuh. R. W (2013) melakukan penelitiannya tentang Penggunaan

Refrigeran R22 Dan R134a pada Mesin Pendingin. Dikatakan refrigeran memiliki

sifat karakteristik yang berbeda yang mempengaruhi efek refrigerasi dan koefeisien prestasi yang dihasilkan. R22 adalah refrigeran yang memiliki

karakteristik yang baik pada mesin pendingin, sedangkan R134a adalah refrigeran yang lebih ramah terhadap lingkungan. Kedua refrigerant tersebut banyak digunakan karena dapat menghasilkan efek refrigerasi dan COP (koefisien prestasi) yang cukup baik. Dan hasil yang didapat adalah pertambahan beban berpengaruh pada naiknya kerja kompresi tetapi tidak diiringi kenaikan kapasitas evaporasi yang signifikan sehingga COP yang dihasilkan tiap penambahan beban mengalami penurunan dan karakteristik dari R22 dan R134a yang berbeda berpengaruh pada prestasi kerja masing- masing refrigeran. R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik daripada R134a, tetapi R22 tidak ramah lingkungan, sebaliknya, R134a lebih ramah lingkungan tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R22.

Suryadimal dan Marthiana (2013) melakukan penelitian tetntang performa mesin pendingin menggunakan refrigeran R22 dan R134a dengan variasi bukaan katup pada fan kondensor (1/4, 2/4, 3/4, dan 4/4.) dengan mengamati nilai COP yang dihasilkan dari refrigeran tersebut. Hasil penelitian menunjukkan nilai COP tertinggi untuk R22 terdapat pada bukaan katup 1/4 dengan nilai COP 3,66 dan nilai terendah terdapat pada bukaan katup 3/4 dengan nilai COP 3,53. Nilai COP tertinggi untuk R134a terdapat pada bukaan katup 1/4 dengan nilai 3,82 dan nilai terendah terdapat pada bukaan katup 4/4 dengan nilai COP 3,59. Hasil ini menunjukkan bahwa penggunaan R22 lebih baik digunakan dengan variasi bukaan katup fan kondensor 1/4 karena menghasilkan nilai COP yang tinggi.

Pornomo, Heroe (2015) melakukan penelitian untuk menganalisis karakteristik unjuk kerja sistem pendingin (air conditioning) yang menggunakan

freon r-22 berdasarkan pada variasi putaran kipas pendingin kondensor. Pengkondisian udara pada ruangan berfungsi untuk mengatur kelembaban, pemanasan dan pendinginan udara di dalam ruangan tersebut. Pengkondisian ini bertujuan memberikan kenyamanan, sehingga mampu mengurangi keletihan. Untuk mendapatkan suhu udara yang sesuai dengan yang diinginkan banyak alternative yang dapat diterapkan, diantaranya adalah dengan menaikkan koefisien perpindahan kalor kondensasi dan dengan menambahkan kecepatan udara pendingin pada kondensor sehingga akan diperoleh harga koefisien prestasi yang lebih besar. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah percobaan dengan menggunakan peralatan dari mesin refrigerasi sistem pendingin udara di laboratorium Fluida, Data-data yang dicatat yaitu suhu, tekanan dan perbedaan tekanan di kompresor. Untuk membuat variasi putaran poros fan kondensor dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan frequensi motor listrik yang menggerakkannya. Variasi putaran motor listrik fan kondensor yang digunakan adalah 50 rpm sampai dengan 150 rpm. Data hasil pencatatan berupa tekanan dan temperatur selanjutnya diplot pada diagram P-h untuk refrigeran R-22. Berdasarkan pembahasan dan perhitungan data yang diperoleh, dapat ditarik beberapa kesimpulan karakteristik dan unjuk kerja sistem pendingin, Semakin besar laju aliran udara untuk mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin meningkat. Karena laju pelepasan kalor yang besar akan berimbas pada temperature kondensor yang semakin rendah, sehingga dapat mencapai temperatur yang lebih rendah lagi pada keluaran evaporator. Jadi kerja kompresor lebih ringan pada variasi laju pelepasan kalor yang paling besar.

34

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin penyejuk udara sistem kompresi uap dengan tambahan ice-pack. Ukuran ruang pendingin 0,6 m, lebar 0,5 m dan tinggi 0,45 m. Gambar 3.1 menyajikan skematik dari mesin penyejuk udara.

Keterangan pada Gambar 3.1: a. Kompresor

b. Kipas

c. Ice-pack

d. Evaporator e. Kondensor

f.

Pipa kapiler

g. Pressure Gauge tekanan rendah

h. Pressure Gauge tekanan tinggi

i. Saluran udara penyejuk

3.2 Variasi Penelitian

Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah ice-pack yang digunakan. Tabel 3.1 menyajikan variasi yang dilakukan.

Tabel 3.1 Variasi Penelitian

No Variasi penelitian 1 Tanpa menggunakan ice pack

2 Dengan menggunakan 10 ice pack

3 Dengan menggunakan 20 ice pack

3.3 Alur Penelitian

Gambar 3.2 Skematik alur penelitian Uji coba, baik?

Mulai

Perancangan mesin penyejuk udara

Persiapan alat dan bahan

Proses perakitan mesin penyejuk udara

Pengambilan data

Pengolahan, analisis data, pembahasan kesimpulan dan saran

Tidak baik

Selesai Variasi 1 s.d. 3 Pelaksanaan penelitian

Berlanjut ? Ya Tidak

3.4 Alat dan Bahan Penelitian

Dalam penelitian mesin penyejuk udara diperlukan alat-alat bantu dan bahan penelitian.

3.4.1 Alat

Adapun alat yang diperlukan dalam proses pembuatan mesin penyejuk udara antara lain: obeng, mistar, cutter, tang, tube expander, gas las Hi-cook, metil, dan bahan las.

a. Obeng

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

b. Meteran dan Mistar

Meteran dan mistar digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tinggi bahan yang akan digunakan dalam membuat mesin penyejuk udara.

c. Pisau cutter

Pisau cutter digunakan untuk memotong suatu benda. Digunakan untuk memotong akrilik dan lakban.

d. Tang

Tang kombinasi digunakan untuk memotong, menarik dan mengikat kawat agar bagian tertentu pada mesin penyejuk udara.

e. Tube expander

Tube expander atau pelebar pipa berfungsi untuk mengembangkan ujung pipa tembaga agar sambungan antar pipa lebih baik dan mempermudah proses pengelasan.

f. Gas las Hi-cook

Peralatan las digunakan untuk menyambung pipa kapiler dan sambungan pipa-pipa tembaga komponen lainnya mesin penyejuk udara.

g. Metil

Metil adalah cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran-saluran pipa kapiler. Pemakaian yaitu sebanyak 1 tutup botol metil.

h. Bahan las

Bahan las yang digunakan dalam proses penyambugan pipa kapiler yaitu menggunakan kawat las kuningan, dan borak. Borak berfungsi untuk menyambung antara tembaga dan besi. Hal ini bertujuan agar sambungan lebih merekat.

i. Pompa vakum

Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan gas-gas yang terjebak dalam sistem mesin, seperti udara dan uap air. Hal ini dilakukan agar nantinya tidak mengganggu dan menyumbat refrigeran pada saat mesin penyejuk udara dijalankan. Karena uap air yang berlebih dapat membeku dan menyumbat filter ataupun menyumbat pipa kapiler.

3.4.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam proses pembuantan mesin penyejuk udara antara lain, adalah sebagai berikut:

a. Papan kayu dan akrilik

Papan kayu digunakan sebagai alas penyangga kompresor, tebal papan yang digunakan 1,5 cm. Sedangkan akrilik digunakan untuk dinding dari mesin

penyejuk udara mempunyai tebal 0,3 cm. Gambar 3.3 menunjukan gambar papan kayu dan akrilik yang dipergunakan di dalam pembuatan mesin penyejuk udara.

Gambar 3.3 Papan kayu dan Akrilik b. Roda

Roda digunakan sebagai alat bantu untuk mempermudah pada saat memindahkan mesin penyejuk udara.

Gambar 3.4 Roda

Sumber: http://tokorodajaya.com/56-126-large/roda-karet-medium-duty-ranger-hidup.jpg

c. Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan refrigeran yang mengalir dalam unit mesin pendingin. Kompresor yang digunakan adalah kompresor

hermatik. Pada kompresor ini dipergunakan sambungan las sehingga rapat udara. Pada kompresor hermatik rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan las, sehinnga baik kompresor maupun motor listriknya tidak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor. Kompresor hermatik, seri kompresor : FUJI-KOBE SR43 NO1090324, daya kompresor : 97 watt (1/8 PK), voltase : 220-240 v; 50 Hz, arus listrik : 0,75A.

Gambar 3.5 Kompresor

d. Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas refrigeran dari fase gas panas lanjut menjadi wujud cair. Yang digunakan untuk mesin penyejuk udara ini adalah kondensor jenis Natural Draught Condenser. Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi bebas atau konveksi alami. Aliran udara berlangsung karena adanya beda jenis massa dari udara. Ketika udara panas massa jenisnya ringan dan ketika udara dingin massa jenisnya lebih berat. Kondensor tipe U dengan jari-jari penguat dengan jumlah U 12, panjang: 92 cm, lebar: 46 cm, diameter pipa: 5 mm, bahan kondensor: besi.

Gambar 3.6 Kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat

e. Evaporator

Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator yaitu berupa yaitu dari benda atau dari udara di dalam evaporator mesin pendingin. Hal tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur lingkunganya, sehingga kalor dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Yang digunakan dalam mesin penyejuk udara adalah evaporator jenis pipa bersirip. Panjang evaporator: 36 cm, lebar: 20 cm, diameter pipa: 9,30 mm, banyak sirip: 62, bahan pipa: tembaga, bahan sirip: aluminium. Gambar 3.7 menyajikan gambar evaporator yang dipergunakan pada mesin penyejuk udara.

Gambar 3.7 Evaporator jenis pipa bersirip

f. Thermostat

Thermostat adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruangan evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja kompresor.

g. Filter

Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, refrigeran yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian refrigeran yang telah melewati filter menjadi lebih bersih sehingga proses proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. 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. Panjang filter : 8 cm, diameter filter : 1,9 cm, dan bahan filter : tembaga.

h. Kipas

Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling atau sudu-sudu. Kipas ini berfungsi untuk mengalirkan udara. Udara yang dihembuskan oleh kipas akan mempercepat proses perpindahan kalor. Diameter kipas 200 mm, jumlah blade 5, voltase : 220-240 v dan daya listrik 30 watt.

i. Pressure Gauge

Pressure Gauge digunakan untuk mengukur tekanan kerja refrigeran

dalam siklus kompresi uap, pengukuran tekanan kerja kondensor dan tekanan kerja evaporator.

Gambar 3.9 Pressure Gauge

j. Refrigeran

Refrigeran adalah fluida kerja yang digunakan pada mesin siklus kompresi uap. Refrigeran berfungsi untuk menyerap atau melepas kalor dari lingkungan sekitar. Jenis fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah R 134a.

3.4.3 Alat Bantu dalam Penelitian

Dalam proses pengambilan data diperlukan alat bantu untuk melakukan penelitian, berikut alat-alat penelitian yang dipakai:

a. Thermokopel dan Penampil suhu digital

Termokopel berfungsi untuk mengetahui suhu ditempat yang diinginkan pada saat mesin penyejuk udara bekerja. Cara kerjanya adalah dengan meletakkan atau menempelkan bagian ujung dari termokopel pada tempat yang ingin diukur suhunya. Suhu akan terlihat pada layar penampil suhu digital. Sebelum digunakan termokopel dikalibrasi terlebih dahulu untuk mendapatkan nilai yang lebih akurat.

Gambar 3.11 Penampil suhu digital dan thermokopel

b. Hygrometer

Hygrometer digunakan untuk mengukur kelembaban udara dan suhu udara.

Hygrometer dapat digunakan untuk mengetahui suhu udara kering dan suhu udara

basah karena ada thermometer kering dam thermometer basahnya. Kondisi bulb

dibasahi dengan air untuk termometer yang dipergunakan mengukur suhu udara basah, dan tidak dibasahi air untuk yang dipergunakan mengukur suhu udara kering.

Gambar 3.12 Hygrometer

c. Stopwatch digital

Stopwatch digital digunakan untuk mengukur lama waktu dalam melakukan pengujian mesin penyejuk udara. Lama waktu yang dibutuhkan dalam setiap pengambilan data adalah setiap 15 menit sekali, sampai suhu udara keluaran setara dengan suhu ruangan.

Gambar 3.13 Stopwacth

Sumber: https://www.saturnstopwatches.co.uk/55-thickbox_default/fastime-01-stopwatch.jpg

3.5 Proses Pembuatan Mesin Penyejuk Udara

Dalam merancang mesin penyejuk udara, desain dilakukan dengan proses manual dan sederhana. Hal - hal yang dilakukan adalah :

a. Memotong besi L berlubang dengan ukuran 100 cm dan 50 cm sebagai kerangka dari mesin penyejuk udara.

b. Memotong styrofoam sebagai alas pada ruang ice-pack agar dapat bertahan lama (tidak mudah mencair).

c. Memotong akrilik sebagai bahan kotak dari mesin penyejuk udara.

d. Pemasangan komponen dasar mesin penyejuk udara, seperti : kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler, manifold gauge (pressure gauge) serta komponen-komponen lainya.

Gambar 3.14 Rancangan mesin penyejuk udara e. Pengelasan sambungan-sambungan antar pipa-pipa kapiler.

f. Pengisian refrigeran R134a (freon)

g. Pengecekan kebocoran refrigeran (freon) pada setiap sambungan pipa-pipa kapiler.

h. Pemasangan kelistrikan kipas pada mesin penyejuk udara. i. Pengecekan ulang.

3.5.1 Proses Pengisian Refrigeran

Sebelum melakukan pengisian refrigeran ada beberapa proses yang perlu dilakukan antara lain (a) proses pemetilan, (b) proses pemvakuman dan (c) proses pengisian refrigeran R 134a. Adapun penjelasannya sebagai berikut:

a. Proses pemetilan

Proses pemetilan adalah pemberian metil pada pipa kapiler yang telah dipasang pada mesin kompresi uap dengan cara yaitu:

1. Menghidupkan kompresor dan membuka tutup pentil. 2. Menuang metil kira-kira 1 tutup botol metil pada tutup botol.

3. Memasukkan ujung pipa kapiler, pada tutup botol yang terisi metil, agar metil akan dihisap oleh pipa kapiler tersebut.

4. Mematikan kompresor dan mengelas ujung pipa kapiler pada lubang keluar filter, agar ujung pipa kapiler tertutup rapat.

b. Proses pemvakuman

Proses pemvakuman merupakan proses menghilangkan udara, uap air dan kotoran, yang terjebak dalam mesin siklus kompresi uap. Langkah-langkah pemvakuman yang dilakukan:

1. Mempersiapkan pressure gauge dengan 1 selang (low pressure), yang dipasang pada pentil yang sudah dipasang dopnya dan 1 selang (high pressure) yang dipasang pada tabung refrigeran.

2. Pada saat pemvakuman, kran manifold diposisikan terbuka dan kran tabung refrigeran diposisikan tertutup.

3. Menghidupkan kompresor, udara yang terjebak dalam siklus akan tersedot keluar melalui ujung dari pipa kapiler yang terdapat pada filter.

4. Memastikan udara yang terjebak telah habis. Untuk memastikannya dengan cara menyalakan korek api dan ditaruh di depan ujung pipa kapiler pada filter.

5. Pada jarum pressure gauge menunjuk ke angka 0 Psia.

6. Untuk mengecek kebocoran sambungan pada pipa dilakukan dengan mengusap sambungan pipa dengan sabun. Apabila terdapat gelembung-gelembung udara maka sambungan tersebut masih terjadi kebocoran. 7. Setelah diketahui tidak terdapat kebocoran, langkah selanjutnya adalah

dengan mengelas ujung potongan pipa kapiler tersebut, sampai ujung pipa kapiler buntu.

c. Proses pengisian refrigeran R 134a

Untuk melakukan pengisian refrigeran pada mesin dengan siklus kompresi uap, terdapat beberapa langkah, seperti berikut:

1. Memasang salah satu selang pressure gauge berwarna biru (low pressure) pada katup pengisisan katup tengah pressure gauge, dan ujung selang satunya disabungkan ke tabung refrigeran R 134a.

Gambar 3.16 Pengisian Refrigeran R134a

2. Menghidupkan kompresor dan buka keran pada tabung refrigeran secara perlahan-lahan. Setelah tekanan pada pressure gauge berada pada tekanan yang diinginkan maka tutup keran pada tabung refrigeran.

3. Setelah selesai melakukan pengisian lepaskan selang pressure gauge dan cek kebocoran lubang katub, sambungan pipa-pipa dengan busa sabun untuk mengetahui kebocoran yang terjadi.

3.5.2 Skematik Pengambilan Data

Gambar 3.19 Menyajikan posisi dimana alat-alat ukur penelitian ditempatkan.

Gambar 3.17 Skematik pengambilan data Keterangan pada Gambar 3.19:

a. P1 (Pevap)

Pressure gauge berfungsi untuk mengukur tekanan kerja evaporator pada saat mesin penyejuk udara bekerja.

b. P2 (Pcond)

Pressure gauge berfungsi untuk mengukur tekanan kerja kondensor pada saat mesin penyejuk udara bekerja.

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu refrigeran masuk kompresor dari evaporator.

d. Thermocouple dan penampil suhu digital (T2)

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu refrigeran dari kompresor menuju ke kondensor.

e. Thermocouple dan penampil suhu digital (T3)

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu refrigeran masuk

pipa kapiler.

f. Thermocouple dan penampil suhu digital (T4)

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu udara

lingkungan (dalam ruangan pengambilan data / suhu udara di luar mesin penyejuk udara).

g. Thermocouple dan penampil suhu digital (T5 )

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu udara keluaran hasil dari mesin penyejuk udara.

h. I

Ampermeter jenis tang ampre menunjukkan besarnya arus listrik kompresor pada mesin siklus kompresi uap dari mesin penyejuk udara.

3.5.3 Langkah-langkah Pengambilan Data

Langkah-langkah yang dilakukan untuk mengambil data pada saat penelitian dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Kalor. 2. Mengkalibrasi thermo couple sebelum digunakan.

3. Meletakkan alat bantu penelitian pada tempat yang sudah ditetapkan.

4. Menyalakan mesin penyejuk udara sebelumnya melakukan pengecekan setiap bagian mesin dan memastikan setiap komponen berfungsi dengan baik. 5. Menyalakan kipas.

6. Catat P1 dan P2 yang tertera pada Pressure Gauge .

7. Mengatur stopwatch untuk pengambilan data setiap 15 menit sekali. 8. Data yang perlu dicatat setiap 15 menit adalah:

P1 (Pevap) :Tekanan kerja evaporator (bar). P2 (Pcond) : Tekanan kerja kondensor (bar).

T1 : Suhu refrigeran menuju ke kompresor (o_C).

T2 : Suhu refrigeran menuju ke kondensor (o_C).

T3 : Suhu refrigeran masuk pipa kapiler (o_C).

T4 : Suhu udara ruangan kamar (o_C).

T5 : Suhu udara keluar dari mesin penyejuk udara (o_C).

I : Besarnya arus listrik yang dipergunakan kompresor (A). 9. Hasil data penelitian di sajikan pada Tzzabel 3.2

Tabel 3.2 Tabel yang digunakan untuk mencatat data penelitian.

No Waktu P1 P2 T1 T2 T3 T4 T5 I menit (bar) (bar) (o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (A)}

1 0 2 15 3 30 4 45 5 60 6 75 7 90 8 105 9 120

3.5.4 Cara Mengolah Data

Cara yang diperoleh dari hasil pengamatan langsung pada saat penelitian. Hasil pencatatan data dimasukan kedalam Tabel 3.2. Langkah-langkah mengolah data, dilakukan sebagai berikut:

a. Data yang diperoleh dari penelitian dimasukkan dalam tabel seperti Tabel 3.2. Kemudian menghitung rata-rata dari percobaan setiap variasinya.

b. Untuk dapat menggunakan diagram P-h maka tekanan refrigeran Pcond dan Pevap harus dikonversikan dari satuan ke satuan yang sesuai dengan diagram P-h yang dipergunakan.

c. Menghitung kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) menggunakan Persamaan (2.2).

d. Menghitung kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win) menggunakan Persamaan (2.1).

e. Menghitung kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) menggunakan Persamaan (2.3).

f. Menghitung nilai COPaktual dan COPideal dari mesin siklus kompresi uap dengan menggunakan Persamaan (2.4) dan Persamaan (2.5).

g. Menghitug efisiensi pada mesin penyejuk udara (ƞ) menggunakan Persamaan (2.6).

h. Menghitung laju aliran massa refrigeran.

Untuk memudahkan pembahasan, hasil-hasil pengolahan data, digambarkan dalam grafik. Pembahasan dilakukan terhadap grafik yang dihasilkan, dengan mengacu pada tujuan penelitian.

3.5.5 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan didapat dari hasil pengolahan data. Dari pengolahan data dapat dilakukan pembahasan terhadap hasil-hasil penelitian dan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan para peneliti sebelumnya. Untuk mempermudah pembahasan, hasil pengolahan data ditampilkan dalam bentuk grafik. Pembahasan dilakukan dengan berdasarkan tujuan penelitian. Kesimpulan diambil dari intisari hasil-hasil pembahasan dan menjawab tujuan penelitian.

55

BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil penelitian

Data hasil penelitian yang didapatkan dalam penelitian mesin penyejuk udara dengan variasi jumlah ice pack meliputi; tekanan refrigeran yang masuk kompresor (P1), tekanan refrigeran yang keluar kompresor (P2), arus listrik yang mengalir di dalam kompresor (I), suhu refrigeran yang masuk kompresor (T1), suhu refrigeran yang keluar kompresor (T2), suhu refrigeran yang masuk pipa kapiler (T3), suhu udara lingkungan diambil di ruangan sekitar mesin penyejuk udara (T4), dan suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara (T5). Pengambilan data dilakukan 4 kali untuk setiap variasi, kemudian dihitung dan didapat hasil rata-ratanya. Hasil rata-rata pengambilan data mesin penyejuk udara disajikan pada Tabel 4.1 s.d. Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack

No Waktu (menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5 (bar) (bar) (A) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) 1 0 1,6 13,0 0,81 25,3 55,8 39,8 28,3 19,3 2 15 2,0 15,0 0,82 25,5 69,3 45,6 28,3 25,1 3 30 2,1 15,6 0,83 25,2 75,7 47,4 28,6 25,6 4 45 2,2 15,8 0,85 26,1 77,5 47,3 29,0 25,9 5 60 2,3 15,9 0,86 26,2 79,7 47,7 29,1 26,0 6 75 2,3 15,8 0,88 26,2 81,6 47,4 29,1 26,0 7 90 2,4 15,9 0,90 26,2 82,1 47,8 29,0 26,1 8 105 2,3 16,0 0,90 26,2 82,9 48,4 29,1 26,2 9 120 2,3 16,0 0,90 26,2 83,1 48,4 29,1 26,4

Tabel 4.2 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack

No Waktu (menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5 (bar) (bar) (A) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) 1 0 1,6 13,3 0,82 25,0 52,8 40,9 28,0 11,9 2 15 1,8 13,9 0,83 26,4 61,6 42,4 27,9 16,8 3 30 1,9 14,2 0,86 23,5 72,6 43,4 28,0 18,1 4 45 2,0 14,6 0,86 24,2 74,8 44,7 28,6 18,9 5 60 2,0 14,7 0,88 23,8 79,5 45,8 28,1 19,5 6 75 2,1 14,9 0,87 23,8 81,8 46,2 28,3 20,2 7 90 2,1 15,2 0,89 26,3 84,0 47,4 28,2 20,6 8 105 2,2 15,5 0,89 29,2 85,4 47,6 28,3 21,4 9 120 2,2 15,3 0,90 26,1 80,1 47,8 28,5 22,2 10 135 2,2 15,7 0,90 25,6 80,0 48,5 28,5 23,1 11 150 2,2 15,9 0,91 25,3 81,6 48,6 28,8 23,9 12 165 2,2 15,9 0,90 25,7 80,4 48,7 28,8 24,6 13 180 2,2 16,0 0,91 25,8 81,5 49,1 28,9 25,0 14 195 2,2 16,0 0,91 26,0 82,2 49,1 29,0 25,2 15 210 2,3 16,0 0,93 25,9 83,3 49,7 28,9 25,5 16 225 2,2 16,0 0,92 26,4 83,3 49,6 29,0 25,4 17 240 2,2 16,2 0,92 28,0 83,1 49,7 29,0 25,8

Tabel 4.3 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack

No Waktu (menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5 (bar) (bar) (A) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) 1 0 1,6 13,0 0,80 22,5 59,2 40,2 28,1 9,4 2 15 1,8 14,0 0,81 22,4 64,0 41,9 29,1 11,5 3 30 1,8 14,2 0,84 22,2 69,9 42,7 27,9 12,0 4 45 1,9 14,4 0,86 22,4 79,9 44,0 28,0 12,3 5 60 1,9 14,5 0,86 21,8 79,7 44,6 28,2 13,1 6 75 1,9 14,7 0,87 21,9 81,5 44,9 28,4 13,5 7 90 1,9 15,0 0,87 22,3 84,4 44,8 28,2 14,4 8 105 2,0 15,2 0,88 21,9 80,0 45,2 28,2 14,8 9 120 2,0 15,5 0,88 22,6 83,6 45,7 28,6 15,6 10 135 2,0 15,7 0,88 22,5 85,6 46,3 28,6 16,4 11 150 2,1 15,7 0,88 22,3 87,2 46,5 28,5 17,0 12 165 2,1 15,9 0,89 22,3 86,0 46,4 28,8 18,0

No Waktu (menit) P1 (bar) P2 (bar) I (A) T1

(ᵒC) (ᵒC)T2 (ᵒC)T3 (ᵒC)T4 (ᵒC)T5 13 180 2,1 16,1 0,89 23,0 86,1 47,1 29,1 19,0 14 195 2,1 16,0 0,89 25,6 86,9 47,4 29,1 19,9 15 210 2,1 16,0 0,90 26,0 86,3 47,4 29,2 21,7 16 225 2,1 16,1 0,90 25,9 86,8 47,7 29,4 21,5 17 240 2,1 16,0 0,90 26,0 86,8 47,0 29,5 22,2 18 255 2,1 16,2 0,91 26,4 87,0 47,3 29,9 22,9 19 270 2,1 16,0 0,90 25,7 88,1 47,1 29,1 23,1 20 285 2,1 16,1 0,89 25,7 87,9 47,0 29,2 23,4 21 300 2,2 16,0 0,90 25,7 88,5 47,4 29,3 23,4 22 315 2,2 16,3 0,92 25,7 88,0 47,4 29,8 23,9 23 330 2,2 16,4 0,92 26,0 88,1 47,3 29,8 24,1 24 345 2,2 16,4 0,93 25,9 87,8 47,6 29,7 24,5 25 360 2,2 16,7 0,92 27,8 88,1 47,6 29,9 24,8

Dari pengambilan data diperoleh tekanan refrigeran yang masuk kompresor (P1) dan tekanan refrigeran yang keluar kompresor (P2) dalam tekanan pengukuran (Pgauge). Dalam menggambarkan p-h diagram tekanan refrigeran

menggunakan tekanan absolut (Pabsolut). Untuk mengkonversi tekanan pengukuran ke tekanan absolut, dapat dilakukan mempergunakan persamaan Pabsolut = Pgauge + Patm. Tekanan atmosfer (Patm) yaitu 1 atm. Nilai-nilai pada Tabel

4.1 s.d. Tabel 4.3 sudah dikonversi dalam tekanan absolut.

Untuk mempermudah dalam perhitungan dan pembahasan kemudian ambil lima data dari setiap variasi. Data disajikan pada Tabel 4.4 s.d. Tabel 4.6.

Tabel 4.4 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack

No Waktu (menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5 (bar) (bar) (A) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) 1 0 1,6 13 0,81 25,3 55,8 39,8 28,3 19,3 2 30 2,1 15,6 0,83 25,2 75,7 47,4 28,6 25,6 3 60 2,3 15,9 0,86 26,2 79,7 47,7 29,1 26,0

No Waktu (menit) P1 (bar) P2 (bar) I (A) T1

(ᵒC) (ᵒC) T2 (ᵒC)T3 (ᵒC)T4 (ᵒC) T5 4 90 2,4 15,9 0,90 26,2 82,1 47,8 29,0 26,1 5 120 2,3 16 0,90 26,2 83 48,4 29,1 26,4

Tabel 4.5 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack

No Waktu (menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5 (bar) (bar) (A) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) 1 0 1,6 13,3 0,82 25,0 52,8 40,9 28,0 11,9 2 60 2,0 14,7 0,88 23,8 79,5 45,8 28,1 19,5 3 120 2,2 15,3 0,90 26,1 80,1 47,8 28,5 22,2 4 180 2,2 16,0 0,91 25,8 81,5 49,1 28,9 25,0 5 240 2,2 16,2 0,92 28,0 83,1 49,7 29,0 25,8

Tabel 4.6 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack

No Waktu (menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5 (bar) (bar) (A) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) 1 0 1,6 13,0 0,80 22,5 59,2 40,2 28,1 9,4 2 90 1,9 15,0 0,87 22,3 84,4 44,8 28,2 14,4 3 180 2,1 16,1 0,89 23,0 86,1 47,1 29,1 19,0 4 270 2,1 16,0 0,90 25,7 88,1 47,1 29,1 23,1 5 360 2,2 16,7 0,92 27,8 88,1 47,6 29,9 24,8

4.2 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor

Nilai entalpi (h), suhu kerja evaporator (Tevap) dan suhu kerja kondensor (Tcond) diperoleh dengan menggunakan diagram P-h refrigeran R134a. Data suhu ( T1 & T3) dan tekanan (P1 & P2) yang telah diperoleh dari pengujian sebelumnya, digambarkan pada diagram P-h, untuk mengetahui hasil-hasil dari nilai entalpi (h1,

87

Gambar B.4 diagram P-h pada variasi tanpa ice pack pada waktu (t) ke 90

Gambar B.5 diagram P-h pada variasi tanpa ice pack pada waktu (t) ke 120 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

88

Gambar B.6 diagram P-h pada variasi menggunakan 10 ice pack pada waktu (t) ke 0

Gambar B.7 diagram P-h pada variasi menggunakan 10 ice pack pada waktu (t) ke 60

89

Gambar B.8 diagram P-h pada variasi menggunakan 10 ice pack pada waktu (t) ke 120

Gambar B.9 diagram P-h pada variasi menggunakan 10 ice pack pada waktu (t) ke 180

90

Gambar B.10 diagram P-h pada variasi menggunakan 10 ice pack pada waktu (t) ke 240

Gambar B.11 diagram P-h pada variasi menggunakan 20 ice pack pada waktu (t) ke 0

91

Gambar B.12 diagram P-h pada variasi menggunakan 20 ice pack pada waktu (t) ke 90

Gambar B.13 diagram P-h pada variasi menggunakan 20 ice pack pada waktu (t) ke 180

92

Gambar B.14 diagram P-h pada variasi menggunakan 20 ice pack pada waktu (t) ke 270

Gambar B.15 diagram P-h pada variasi menggunakan 20 ice pack pada waktu (t) ke 360