BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Manusia selalu membutuhkan udara yang nyaman agar dapat beraktifitas dengan optimal.

Kenyamanan ruangan dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperatur, kelembaban, sirkulasi

serta kebersihan udara. Untuk menghasilkan udara yang nyaman manusia melakukan banyak

upaya diantaranya dengan pengaturan ventilasi, pencahayaan, dan pengkondisian udara ruangan.

Salah satu jenis alat pengkondisian udara diberi nama Air Conditioning (AC), berfungsi

memindahkan kalor dari dalam keluar ruangan atau sebaliknya. Sebagai contoh pada daerah

bertemperatur rendah seperti di Eropa AC digunakan sebagai pemanas ruangan. Sedangkan pada

daerah bertemperatur tinggi AC digunakan sebagai penyejuk udara dan pengontrol uap air. Air

conditioning (AC) beroprasi menggunakan energy listrik, besarnya energi listrik yang digunakan

tergantung pada kapasitas kompressor yang digunakan (Arismunandar, 1981).

Pertumbuhan penggunaan AC telah mengalami peningkatan di Negara yang memiliki

temperatur iklim yang rendah, terlebih lagi pada Negara yang bertemperatur iklim lebih tinggi.

Global Initiative McKinsey memprediksi pada tahun 2025 sekitar satu miliar penduduk kota

memasuki kelas konsumen global, dimana sebahagian besar penduduk kota tersebut akan

menggunakan AC sebagai suatu kebutuhan (Sivak, 2012).

Peningkatan penggunaan AC dapat menyebabkan peningkatan konsumsi listrik. Melihat

kenyataan tersebut, banyak peneliti melakukan riset untuk menekan penggunaan listrik dengan

cara mengoptimalkan performa AC.

Won menguji mesin pendingin menggunakan dua evaporator dengan dua kompressor,

sirkulasi sistem terpisah tiap ruangan. Dari hasil penelitian didapatkan peningkatan efesiensi

sebanyak 3,5%. Sistem dua evaporator mengurangi energi listrik yang digunakan setiap ruangan

(Won, 1994).

Lavanis menguji sebuah mesin pendingin yang menggunakan multi evaporator. Pada

penelitian ini kedua evaporator dipasangi katup expansi serta menggunakan satu kompressor,

kondensor dan heat exchanger. Sebuah katup selenoid dihubungakan dengan aliran refrigerant

menuju freezer dan evaporator freshfood. Hasilnya pada siklus kerja secara seri didapatkan

peningkatan efesiensi sebesar 8.5% (Lavanis, 1998).

1

Rustam Hatib melakukan pengujian prestasi pada mesin refrigerasi fokus 802 dengan

membandingakan penggunaan evaporator ukuran besar dengan dua evaporator kecil yang

sebanding dipasang paralel. Hasilnya maka pada evaporator kecil yang dipasang parallel

mengalami penurunan temperatur sebesar 8% namun daya kompressor meningkat sebesar

12,35%. Secara keseluruhan prestasi mengalami penurunan sebesar 3,6% (Hatib, 2011).

Berdasarkan penelitian tersebut salah satu hal yang dapat mempengaruhi performa AC

adalah metode pemasangan kondensor. Untuk itu peneliti akan menguji prestasi mesin

pendingin pada variasi pemasangan kondensor yaitu kondensor lingkaran.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan lantar belakang tersebut maka dapat di ambil rumusan masalah yang akan di

kaji dalam perancangan ini adalah bagaimana pengaruh kerja dari sirip bergelombang terhadap

penyerapan panas gas dalam saluran gas refrigerant dalam saluran pipa kondensor dalam

membuang dan meyalurkan panas ke udara luar.

1.3 Batasan Masalah

Untuk mencegah agar tidak meluasnya permasalahan dalam proposal ini, maka perlu

dilakukan pembatasan masalah. Batasan masalah ini akan menuntun penulisan skripsi dengan

perencanaan yang jelas, baik dan terarah, serta fokus pada permasalahan utama. Adapun batasan

masalahnya adalah :

1. Kondensor yang digunakan adalah kondensor AC ruangan yang berbentuk lingkaran.

2. Tidak membahas tentang pipa kondensor atau pun evapurator

3. Tidak membahas tentang variasi atau pun bentuk dari pipa

4. Tidak membahas tentang material yang digunakan pada sirip

5. Tidak membahas tentang biaya

1.4 Tujuan

Adapun tujuan yang hendak dicapai pada perancangan alat ini adalah :

1. Untuk mengetahui kinerja AC Split 1PK terhadap sirip bergelombang

2. Untuk mengetahui kinerja pada sirip bergelombang dalam penyerapan panas dan

pembuangan panas ke udara luar

2

3. Menyediakan sirip kondensor yang efektif dalam penggunaannya, aman serta handal

dalam pengoperasiannya, memiliki konstruksi yang sederhana dan mudah dalam

perawatannya serta mampu menghasilkan pendinginan yang lebih efisien.

1.5 Manfaat

Adapun manfaat dari perancangan alat ini adalah :

1. Pengembangan teknologi alternatif mesin pendingin yang dapat mendinginkan ruangan secara efektif dan lebih efisien.

2. Mengurangi pamakaian material dalam perancangan.

1.1 Sistematika Penulisan

BAB I PENDAHULUAN

Berisikan pembahasan tentang alasan yang mendasari pengambilan atau pemilihan judul

skripsi, selain itu juga dikemukakan rumusan masalah, batasan masalah, maksud dan tujuan

penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan skripsi.

BAB II LANDASAN TEORI

Dalam bab ini berisi tentang landasan teori yang mendukung dalam melakukan sebuah

perancangan.

BAB III KERANGKA KONSEP DAN HIPOTESIS

Pada bab ini membahas tentang hipotesis dan kesulitan yg terjadi pada proses penelitian.

BAB IV METODE PENELITIAN

Didalam Bab ini membahas mengenai metodologi penelitian, dimana dalam bab ini akan

dibahas tentang desain penelitian, tempat dan waktu penelitian, metode pengambilan data,

variable data, data hasil penelitian serta diagram alir proses pengolahan data dari awal hingga

akhir.

BAB V PENUTUP

Bab ini merupakan penutup yang berisikan tentang kesimpulan dari rumusan masalah

berdasarkan analisa data serta saran.

DAFTAR PUSTAKA

3

LAMPIRAN

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Umum

Air Conditioning (AC) atau alat pengkondisi udara merupakan modifikasi pengembangan

dari teknologi mesin pendingin. Alat ini dipakai bertujuan untuk memberikan udara yang sejuk

dan menyediakan uap air yang dibutuhkan bagi tubuh. Untuk negara beriklim tropis yang terdiri

dari musim hujan dan musim panas, pada saat musim panas suhu ruangan tinggi sehingga

penghuni tidak nyaman. Di lingkungan tempat kerja, AC juga dimanfaatkan sebagai salah satu

cara dalam upaya peningkatan produktivitas kerja. Karena dalam beberapa hal manusia

membutuhkan lingkungan udara yang nyaman untuk dapat bekerja secara optimal. Tingkat

kenyamanan suatu ruang juga ditentukan oleh temperatur, kelembapan, sirkulasi dan tingkat

kebersihan udara.

Untuk dapat menghasilkan udara dengan kondisi yang diinginkan, maka peralatan yang

dipasang harus mempunyai kapasitas yang sesuai dengan beban pendinginan yang dimiliki

ruangan tersebut.Untuk itu diperlukan survey dan menentukan besarnya beban pendinginan.

Secara garis besar beban pendinginan terbagi atas dua kelompok,yaitu beban pendinginan

sensibel dan beban pendinginan laten. Beban pendinginan sensibel adalah beban panas yang

dipengaruhi oleh perbedaan suhu, seperti beban panas yang lewat kontruksi bangunan,

peralatan elektronik, lampu, dll. Sedangkan beban pendinginan laten adalah beban yang

dipengaruhi oleh adanya perbedaan kelembaban udara.

Di dalam ruang Pengajaran Umun, untuk merencanakan penggunaan Air Conditioning

(AC) perubahan pembebanan terjadi pada peralatan yang menghasilkan kalor seperti: lampu,

komputer. Selain itu faktor manusia dan kecepatan udara yang masuk ke dalam ruangan juga

mempengaruhi perubahan pembebanan, yang nilai bebannya dapat berubah-ubah baik secara

acak maupun teratur.

2.2 Prinsip Kerja Kondensor

Kondensor adalah suatu alat untuk merubah bahan pendingin dari bentuk gas menjadi cair.

Bahan pendingin dari kompresor dengan suhu dan tekanan tinggi,  panasnya keluar melalui

4

permukaan rusuk-rusuk kondensor ke udara. Sebagai akibat dari kehilangan panas, bahan

pendingin gas mula-mula didinginkan menjadi gas jenuh, kemudian mengembun berubah

menjadi cair.

Gambar 2.1. Prinsip Kerja Kondensor AC

Kondensor berfungsi untuk membuang kalor yang diserap dari evaporator dan panas yang

diperoleh dari kompresor, serta mengubah wujud gas menjadi cair. Banyak jenis kondensor yang

dipakai, untuk kulkas rumah tangga digunakan kondensor dengan pendingin air. Jenis lain

kondensor berpendingin air memiliki pipa-pipa yang dapat dibersihkan.

Kondensor dibedakan menjadi 3 jenis, yakni Air-cooled Condensor, Water-cooled

Condensor dan Evaporative-cooled Condensor.

a. Air-cooled Condensor

Dalam Air-cooled condensor, kalor dipindahkan dari refrigeran ke udara dengan

menggunakan sirkulasi alamiah atau paksa.Kondensor dibuat dari pipa baja, tembaga

dengan diberi sirip untuk memperbaiki transfer kalor pada sisi udara. Refrigeran

mengalir didalam pipa dan udara mengalir diluarnya. Air cooled condensor hanya

digunakan untuk kapasitas kecil seperti refrigerator dan small water cooler.

b. Water cooled Condensor

5

Water cooled condensor dibedakan menjadi 3 jenis yakni shell and tube, shell

and coil, double tube.

Shell and Tube

Salah satu jenis alat penukar kalor yang menurut kontruksinya

dicirikan oleh adanya sekumpulan pipa (tabung) yang dipasangkan

didalam shell (pipa galvanis) yang berbentuk silinder dimana 2 jenis

fluida saling bertukar kalor yang mengalir secara terpisah (air dan

freon).

Shell and Coil

Terdiri dari sebuah cangkang yang dilas elektrik dan berisi koil air,

kadang-kadang juga dengan pipa bersirip.

Double Tube

Refrigeran mengembun diluar pipa dan air mengalir dibagian dalam pipa

pada arah yang berlawanan. Double tube digunakan dalam hubungan

dengan cooling tower dan spray pond.

c. Evaporative Condensor

Refrigeran pertama kali melepaskan kalorya ke air kemudian air melepaskan

kalornya ke udara dalam bentuk uap air. Udara meninggalkan uap air dengan

kelembaban yang tinggi seperti dalam cooling tower. Oleh karena itu

kondensor evaporative menggabungkan fungsi dari sebuah kondensor dan

cooling tower. Evaporative condensor banyak digunakan dipabrikamoniak.

Kondensor yang digunakan disini adalah jenis water cooled kondensor tipe

shell and tube, karena lebih mudah dalam menganalisa temperatur jika

dibandingkan dengan Air cooled.

Kondensor yang sering terjadi fluktuasi pada temperaturnya. Watercooled condensor ini

ditempatkan di antara kompresor dan alat pengatur bahan pendingin (pipa kapiler). Posisinya

ditempatkan berhubungan langsung dengan udara luar agar gas di dalam kondensor juga

didinginkan oleh suhu ruangan.

Gas yang berasal dari kompresor memiliki suhu dan tekanan tinggi, ketika mengalir di dalam

pipa kondensor, gas mengalami penurunan suhu hingga mencapai suhu kondensasi kemudian

6

mengembun. Wujud gas berubah menjadi cair dengan suhu rendah sedangkan tekanannya tetap

tinggi.

2.3 Prinsip Kerja Kondensor Lingkaran

Gambar 2.1. Prinsip Kerja Kondensor Lingkaran

Kondensor berfungsi untuk membuang kalor yang diserap dari evaporator dan panas yang

diperoleh dari kompresor, serta mengubah wujud gas menjadi cair. Banyak jenis kondensor yang

dipakai, untuk kulkas rumah tangga digunakan kondensor dengan pendingin air. Jenis lain

kondensor berpendingin air memiliki pipa-pipa yang dapat dibersihkan.

2.4 Perpindahan Panas Pada Sirip

Perpindahan panas pada sirip berawal dari konsep perluasan permukaan.Hal ini dapat di lihat pada ilustrasi berikut ini :

Gambar 2.2 Perpindahan Panas Melalui Perluasan Permukaan

7

Ditinjau satu permukaan datar datar seprti pada gambar (a). Jika Ts tetap maka ada dua cara untuk meningkatkan perpindahan panasnya .Koefisien konveksi h dapat di naikan dengan menaikan kecepatan fluida nya dan temperatur fluida T∞

dikurangi.Tetapi hal ini sangat tidak efisien di tinjau dari segi biaya yang di perlukan terhadap peningkatan perpindahan panasnya .Biaya –biaya ini termaksuk pada tenaga blower atau pompa untuk menaikan kecepatan fluida Sedangkan menurunkan temperatur fluida merupakan solusi yang tidak praktis.

Pada gambar (b) dapat di lihat bahwa perpindahan panas di tingkatkan dengan jalan menambah luas permukaan. Hal ini di lakukan dengan mengaplikasi kan bentuk sirip (fin) yang merupakan perpanjangan dinding permukaan terhadap fluida di sekitar nya.

Bentuk - bentuk sirip ini bermacam – macam yaitu bentuk persegi panjang, bentuk lancip, bentuk tabung bentuk cincin maupun bentuk kerucut.

Konduktivitasi panas bahan sirip memiliki perngaruh yang sangat besar terhadap distribusi temperatur sepanjang sirip sehingga akan berpengaruh pada laju perpindahan panasnya.Idealnya bahan siripp harus memiliki konduktivitas panas yang relatif tinggi untuk meminimalkan variasi temperatur dari dasar sirip sampai ujungnya. Pada batas nilai konduktivitas ini makatemperatur dasar sirip kurang lebih sama dengan permukaan panas nya. Efektivasi sirip di definisikan sebagai rasio laju perpindahan panas dengan sirip di bandingkan dengan laju tampa sirip.

Perpindahan panas pada elemen dr yang jaraknya r dari titik pusat adalah:

ʠr = -k A ∂T∂ x

Luas bidang permukaan silinder berjari – jari r adalah

Ar = 2 π r LSehingga :

ʠr = - 2 π r L∂T∂ x

8

2.5 Perhitungan kinerja Sistem Refrigerasi

Dasar – dasar perhitungan perfomansi siklus kompresi uap standar

a. Kerja kompresi ( wc )

Untuk menghitung kerja kerja kompresi adalah sebagai berikut :

wc = h2 – h1

Dimana :

wc = Kerja Kompresi (kJ/kg)

h1 = Entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

h2 = Entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

b. Efek refrigerasi ( qr )

Untuk menghitung kerja kerja kompresi adalah sebagai berikut :

qr = h1 – h4

Dimana :

qr = Besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)

h1 = Entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)

h4 = Entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

c. Koefisien prestasi ( COP )

COP disebut dengan koefisien prestasi dipergunakan untuk menyatakan

perfomansi dari siklus refrigeransi. Untuk mencari COP menggunakan Persamaan

sebagai berikut: 𝐶𝑂𝑃= 𝑞𝑟/𝑤𝑐d. Daya aktual kompresor

Daya aktual kompresor dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

P aktual = V . I . Cos θ….( 2.5 )

Dimana :

P = Daya aktual kompresor (watt)

I = Arus Listrik ( Ampere )

V = Tegangan listrik ( Volt )

9

Cos θ = faktor daya

e. Daya kondensor yang dibutuhkan untuk membuang kalor adalah :

Pk = Qout × Aliran Massa

f. Kalor yang dibuang oleh kondensor :

2.6 Konsep Perancangan Alat

Pada perancangan sistem alat ini, akan dibuat model dengan variasi model kondensor.

Salah satunya adalah perencanaan kondensor dengan model kondensor lingkaran bersirip.

Berikut adalah konsep rancangan alat pendingin dengan pipa tembaga bersirip dengan

model lingkaran sebagai pembuang kalor yang diserap dari evaporator.

Gambar.2.3. Prinsip kerja kondensor lingkaran pada AC ruangan

10

Keterangan gambar :

1. Pipa kondensor :

Berfungsi untuk membuang kalor yang diserap dari evaporator dan panas yang diperoleh

dari kompresor, serta mengubah wujud gas menjadi cair dan di salurkan menuju expansion

velve.

2. Sirip :

Berfungsi sebagai penyerap panas dari refrigerant.

3. Cooling fan :

Berfungsi untuk mendinginkan kondensor saat AC bekerja.

4. Receiver/drier :

Berfungsi untuk menampung refrigerant cair.

5. Expansion valve :

Berfungsi untuk menurunkan tekanan zat pendingin dari kondensor sebelum masuk ke

evaporator.

6. Evaporator :

Berfungsi untuk mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan

dari bentuk cair menjadi uap.

7. Blower :

Berfungsi untuk menghembus/meniup angin ke Evaporator yang berembun tadi melalui

kisi-kisi Evaporator.

8. Kompresor :

Berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida gas.

11

BAB III

KERANGKA KONSEP DAN HIPOTESIS

3.1 Kerangka Pikir

Variabel Bebas Variabel Terikat Varibel Kontrol Pengukur

Pada penelitian ini akan dicari korelasi antara bentuk sirip dan unjuk kerja dari kondensor lingkaran. Terdapat dua indikator dari variable bebas yang akan di observasi yakni kondensor bersirip standar dan kondensor bersirip bergelombang, lalu akan dilihat pengaruhnya terhadap perpindahan panas dan nilai COP dari kondensor tersebut. Peningkatan unjuk kerja kondensor dipengaruhi oleh tingkat efisiensi dari input dan out put pada kondensor, semakin efisien kondensor bekerja dimana energi input dapat menghasilkan energi output yang sebesar-besarnya maka semakin tinggi pula prestasi dari kondensor tersebut.

12

Kondensor Sirip

Bergelombang

Efektivitas Pendinginan

Perpindahan Panas

Kondensor

Nilai COP

1

2

Kec.Putaran Kipas

Kondensor

Kondensor Sirip Standart

Peningkatan efisiensi ini tentunya dipengaruhi oleh kinerja komponen-komponen yang dipasang pada AC tersebut. Pada penelitian ini dipilih variable bebas yaitu bentuk dari sirip kondensor, sirip kondensor ini merupakan komponen yang juga berpengaruh terhadap peningkatan efisiensi pada kondensor. Bentuk dari sirip bergelombang ini didesain untuk mampu membuang dan melepas panas agar suhu dari pada kondensor tetap stabil dan terjaga.

Dari dua indikator variable bebas yakni sirip bergelombang dengan sirip kondensor lingkaran standar akan diteliti bentuk sirip yang mampu mengoptimalkan perpindahan panas yang efisien untuk peningkatan unjuk kerja kondensor.

3.2 Hipotesis

Perangkuman terhadap teori – teori diatas menghasilkan kesimpulan sementara yakni dari desain sirip bergelombang yang diajukan dapat meningkatkan unjuk kerja dari kondensor lingkaran.

3.3 Kesulitan Penelitian

Dalam penelitian pasti nya ada beberapa kendala atau kesulitan perakitan alat seperti pada

desain sirip yang sulit sehingga membutuhkan ketelitian dan kesabaran dalam pembentukan sirip

bergelombang. Dilihat dari sulitnya pembuatan alat maka waktu yang di butuhkan cukup lama

dan biaya yang cukup mahal.

Kesulitan lain juga pada saat pemasangan sirip ke pipa kondensor karna cara

pemasangannya di lakukan secara manual dan membutuhkan waktu yang sangat lama untuk

perakitan satu kondensor lingkaran ber sirip bergelombang.

13

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1 Desain Penelitian

Desain penelitian merupakan langkah-langkah yang perlu diambil sebelum eksperimen

dilakukan agar data yang diperlukan dapat diperoleh sehingga akan membawa hasil dan

kesimpulan yang berlaku untuk persoalan yang akan dibahas. Dalam pelaksanaannya penelitian

ini merupakan penelitian eksperimen dimana satu atau lebih kelompok eksperimen dikenakan

satu atau lebih kondisi perlakuan dan membandingkan hasilnya dengan satu atau lebih kontrol

yang dikenai perlakuan (Sumadi, 1988 : 32). Metode penelitian yang digunakan pada penelitian

ini adalah metode penelitian true experimental. Dengan melakukan pengamatan untuk mecari

sebab akibat dalam suatu proses melalui eksperimen sehingga dapat mengetahui perpandingan

kinerja dan hasil perpindahan panas pada AC Split 1PK yang berbentuk lingkaran.

Selanjutnya adalah mempersiapkan alat dan bahan serta merancangan sistem dan kemudian

baru proses pengambilan data dengan mengukur dan mengamati hasil dari kinerja kondensor

lingkaran sirip bergelombang terhadap AC Split 1 PK permukaan spesimen. Adapun langkah-

langkahnya seperti pada gambar 4.1 Diagram Alir perancangan (Flow chart).

14

15

Studi Literatur Dan Observasi

Mengambar Sistem

Membuat Alat Uji

MULAI

Pengujian Alat

Analisa Data

Membuat Laporan

SELESAI

Diagram 4.1 Diagram Alir Perancangan

Kondensor Sirip Standart

Konsensor Sirip

Bergelombang

4.2.1 Waktu dan Tempat Pengujian

4.2.2 Tempat Pengujian

1. Pengujian alat dilakukan di Lab. Pendingin kampus II Institut Teknologi

Nasinal Malang.

2. Pembuatan alat bertempat di Bengkel AC Tiara Service Centre Jl. Bandulan

Vl Blok K 7 No 15..

4.2.3 Waktu Kegiatan

No Kegiatan

Bulan

April Mei Juni Juli

1 Mencari Bahan

2 Proses Pembuatan

3 Perakitan

4 Pengujian

5 Penyusunan Laporan

1.6 Rancangan Biaya

1 Rangka (Besi siku) Rp 150.000,-

2 Plat aluminium Rp 300.000,-

3 Pipa tembaga Rp 500.000,-

4 Kabel Rp 50.000,-

5 Kipas /Fan Rp 200.000,-

6 Biaya tak terduga Rp 300.000,-

16

Total Rp 1.500.000,-

DAFTAR PUSTAKA

- Anderson. Jhon D, Fundamentals of Aerodinamics, Fifth Edition,

- Budi Susanto, (2011),From http://java-borneo.blogspot.com/2011/05/metode-lmtd-dan-

ntu-pada-heat-exchanger.html

. 28 oktober 2014

- Engineers Edge, (2000-2014), Heat Transfer Enginering. From

http://www.engineersedge.com/heat_transfer/parallel_counter_flow_designs.htm . 28

0ktober 2014

- Incopera. Frank P., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Fourth Edition. John

Wiley & Sons, New York.

- J.P Holman. 1997, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta

- Kern Q Donal. 1950, Process Heat Transfer, McGraw-Hill Book Company, New York

- Stoiker. F Willbert & Jones. W Jerorld. 1992, Refrigerasi dan pengkondisian udara

- Vam. Voorschoten. 1980, Benzinemotoren

17