BAB II.docx
-
Upload
ilham-nur-fajar -
Category
Documents
-
view
245 -
download
0
Transcript of BAB II.docx
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Pompa
2.1.1. Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk memberikan energi
kinetik atau energi potensial pada fluida. Setiap pompa memiliki karakteristik
sendiri tergantung pada desain dari pompa tersebut. Berdasarkan prinsip kerjanya
pompa terbagi atas dua jenis :
1. Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement, aliran fluida didasarkan atas
mekanisme penghisapan dan kempa/desak. Contoh pompa ini adalah pompa ulir,
pompa roda gigi, pompa torak dan lain-lain. Pompa jenis ini dapat digunakan
untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang relatif besar. Salah satu jenis
pompa ini yang banyak digunakan adalah pompa roda gigi. Karakteristik dari
pompa roda gigi sangat dipengaruhi oleh putaran dari motor yang digunakan.
Q=n . v
Dimana :
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3/waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2. Dynamic Pump
Pada pompa dinamik, energi ditambahkan pada fluida dengan cara
melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat. Contoh pompa ini adalah
pompa radial/sentrifugal, pompa aksial.
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida tergantung
pada sudu dari impeller. Kecepatan yang keluar tersebut merupakan kecepatan
2
absolut dengan komponen kecepatan putar (tangensial) dan kecepatan yang
mengikuti impeller (relatif).
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H) disudu
pengarah atau pada rumah spiral pompa.
Gambar 2.1 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler Turbo
machine Equations :
1) Pw=n T=pQ (u 2 Vt 2−u 1 Vt 1 )
2) H=Pw / ρ g Q=I / g (u2 Vt 2−u 1 Vt 1 )
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
Power/WHP, sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan persamaan
(I) BHP = n.T, pada kenyataannya WHP akan selalu lebih kecil dibandingkan
dengan BHP. Sehingga efisiensi pompa merupakan perbandingan WHP dan BHP.
Persamaan tersebut menunjukan torsi, daya dan head merupakan fungsi
dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan tangensial absolut
dari fluida Vt1 dan Vt2.
V 2−u 2+w 2−2 uw cos β w cos β=u−Vt
Sehingga : Vt=12
(V 2+u 2−w 2)
Disubstitusikan pada persamaan (2).
3) H=12
g [ (V 22−V 12 )+(u 22−u 12)−(w 22−w 12 ) ]
P/ ρ g+z+w 2 /2 g−r 2 w 2 /2 g=cos nt
3
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat dihubungkan
terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan , maka untuk tinggi tekan teoritis debit
dapat diperoleh dengan :
Pw=w T=p Q (u 2 Vn2 ctgα 2−u 1 Vn 1 ctg α 1)
Vn 2=Q /2 πr 2 b 2 Vn 1=Q /2 πr 1 b 1
B adalah kedalaman sudu/Blade pada inlet dan outlet.
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa :
Penampang 1 :
4) Pa/ y= P1 / y+V 12/2 g+h 1+hl1
5) Pa / y= P 2/ y+V 22 /2 g+h 2+hl2
Dari persamaan diatas didapat :
6) P 2/ y=V 22 /2 g=P1 / y+V 12 /2 g+E /G+hl 1−2
Jika penampang input dan discharge sama, maka V1 = V2 dan persamaannya
menjadi :
7) P 2/ y=P 1 / y−E/G−hl1−2
2.1.2 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa Wolley
dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley, adapun spesifikasi dari pompa
tersebut adalah sebagai berikut :
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
:
:
:
:
33 m
42 L/min
2850 rpm
125 Watt
4
Gambar rangkaian
Gambar 2.2 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan : = kran tertutup.
= kran terbuka.
2.1.3 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP dan
dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP, sehingga listrik yang digunakan lebih
irit.
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut :
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2).
Head
Q
N
:
:
:
47 m
45 L/min
2900 rpm
5
P : 100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 2.3 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan : = kran tertutup.
= kran terbuka.
2.1.4. Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam laporan ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua buah
pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang secara seri
dan pararel. Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila dalam satu sistem
membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak dapat dicapai oleh satu pompa
saja, adapun karakteristik pompa tersebut adalah sebagai berikut :
6
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
:
:
:
:
33 m
42 L/min
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
:
:
:
:
47 m
45 L/min
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama :
Head total pompa (H)
H = P / γ + v2 · d / 2g + h
Dimana : P = tekanan statik (Pa)
v2 · d / 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap.
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap.
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (hf =λ L v 2 / D·2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil, maka
persamaan Head total kita anggap menjadi:
H = P / γ + h
7
WHP (Water Horse Power)
WHP=ρ g Q H
Dimana : WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Q = debit aliran (m3/s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
BHP=V I 0 , 85
Dimana : BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
η p=WHPBHP
Dimana : WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2.1.5. Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri, setelah zat cair melalui sebuah pompa, zat cair itu
dibawa kembali ke pompa berikutnya. Dari P2 diteruskan ke P1 dengan menutup
kran 4 dan kran 2. dalam pemasangan secara seri head yang dihasilkan akan lebih
8
besar, head pompa 1 ditambah head pompa 2, namun dengan debit aliran fluida
yang kecil (pompa2).
Gambar rangkaian
Gambar 2.4 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan: = kran tertutup.
= kran terbuka.
2.1.6. Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa, beberapa buah pompa dihubungkan
pada saluran kempa yang sama. Untuk menjaga agar jangan sampai sebuah pompa
mengempa kembali zat cair kedalam saluran isap pompa yang lain, umpamanya
bila pompa yang terakhir ini tidak bekerja, maka dipasang sebuah katup/kran.
Dengan menutup kran 3 maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan
akan dihasilkan debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah.
9
Gambar rangkaian
Gambar 2.5 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan : ` = kran tertutup.
= kran terbuka.
2.1.7. Lembar Data Pengamatan
Tabel 2.1. Tabel data pengamatan Pompa
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
10
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
2.2 Motor Bakar
2.2.1 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah mesin kalor,
yaitu mesin yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik.
Ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini mesin kalor dibagi menjadi dua
golongan, yaitu
a. Mesin pembakaran luar (external combustion engine), yaitu proses
pembakaran yang terjadi diluar mesin, energi termal dari gas hasil
11
pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah,
sebagai contohnya mesin uap, turbin uap, dan lain-lain.
b. Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang pada
umumnya dikenal dengan nama motor bakar. Proses pembakarannya
berlangsung di dalam ruang bakar gas hasil pembakaran tersebut
berfungsi sebagai fluida kerja untuk menghasilkan gerak mekanik.
Contoh : motor diesel dan motor bensin.
2.2.2 Motor Bakar Bensin 4 langkah (Gasoline Engine)
Motor bakar bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula yang
mengkonversikan energi termal menjadi energi mekanik. Energi termal tersebut
diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara.
Motor bakar bensin menggunakan beberapa silinder yang di dalamnya
terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik). Di dalam silinder itulah
terjadi pembakaran campuran bahan bakar dan udara (Air-fuel mixture) yang di
bantu dengan busi (spark plug). Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses
tersebut mampu menggerakan torak dan batang penghubung (connecting Rod)
yang dihubungkan dengan poros engkol (Crank shaft) dan sebaliknya gerak rotasi
poros engkol menimbulkan gerak translasi pada torak.
Motor bakar bensin termasuk dalam mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada ruang bakar.
Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses pembakarannya terjadi
diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut dipindahkan ke fluida kerja
mesin melalui dinding pemisah.
12
Gambar 2.6 Siklus Otto aktual
Gambar 2.7 Siklus Otto ideal
Gambar 2.8 Skema motor bakar 4 langkah
13
Pada awal kerja siklus kedua katup baik katup masuk(intake valve)
maupun katup buang (exhaust valve) tertutup dan piston berada pada posisi
terendah (Bottom Dead Center/Titik Mati Bawah). Selama fasa kompresi, piston
bergerak ke atas, mengkompresikan campuran bahan bakar dan udara (air-fuel
mixture). Sebelum piston mencapai posisi teratas di dalam silinder (Top Dead
Center/Titik Mati Atas), busi memercikan bunga api dan terjadi pembakaran di
dalam ruang bakar, meningkatkan temperature dan tekanan gas pembakaran
bertekanan tinggi menekan piston ke bawah sehingga memutar poros engkol
(crankshaft), menghasilkan kerja selama fasa ekspansi. Pada akhir langkah, piston
kembali pada posisi terendah dan melengkapi siklus, dan silinder mengisian
dengan hasil pembakaran. Sekarang piston bergerak ke atas sekali
lagi, ,mengeluarkan gas sisa melewati katup keluar (exhaust valve), dan ke bawah
untuk waktu yang kedua, menarik campuran bahan bakar dan udara bebas
melewati katup masuk (intake valve). Diketahui bahwa tekanan di dalam silinder
sedikit di atas nilai tekanan atmosfir selama langkah buang dan sedikit di
bawahnya selama langkah masuk/hisap. Gambar 2.7 merupakan siklus otto ideal
dimana :
1-2 : proses kompresi campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder pada
kondisi isentropis.
2-3 : proses pembakaran campuran bahan bakar udara pada volume tetap.
3-4 : proses ekpansi pada kondisi isentropis.
4-1 : proses pembungan gas hasil pembakaran pada volume tetap.
2.2.3 Motor Bakar Diesel 4 langkah (Diesel Engine)
A. Pembakaran
Udara dan bahan bakar yang dipanaskan secara bersamaan menghasilkan
pembakaran, yang kemudian menghasilkan gaya yang dibutuhkan untuk
memutarkan engine. Oksigen yang terdapat pada udara diperlukan untuk
membakar bahan bakar, yang kemudian menciptakan gaya. Bila dikabutkan,
bahan bakar diesel akan mudah terbakar secara efisien. Proses pembakaran terjadi
pada saat campuran bahan bakar dan udara sudah cukup panas untuk disulut. Ia
14
harus terbakar cepat dan terkontrol untuk menghasilkan energi panas yang paling
tinggi. Intinya : Udara + Bahan bakar + Panas = Pembakaran
.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran
Proses pembakaran diatur oleh 3 faktor sebagai berikut :
1. Volume udara yang dimampatkan.
2. Jenis bahan bakar yang digunakan.
3. Jumlah campuran bahan bakar dan udara.
Ruang Pembakaran
Ruang pembakaran dibentuk oleh :
1. Cylinder Liner
2. Piston
3. Intake Valve
4. Exhaust Valve
5. Cylinder Head
Gambar 2.9 Ruang Pembakaran Mesin Diesel 4 langkah
B. Kerja Mesin Diesel 4 langkah
1. Intake Stroke (Langkah isap)
15
Siklus engine dimulai dari intake stroke. Mula-mula, intake valve terbuka.
Bersamaan dengan itu, piston bergerak menuju BDC (Bottom Dead Center)
atau TMB yaitu merupakan titik terbawah yang mampu dicapai piston dan
akan menghisap udara ke dalam ruang pembakaran. Crankshaft berputar 180o
atau setengah putaran, sementara exhaust valve tetap tertutup.
2. Compression Stroke (Langkah Kompressi/Tekan)
Pada langkah kompresi (compression stroke) intake valve menutup, menyekat
ruang pembakaran. Piston bergerak naik sampai posisi teratas pada cylinder
liner. Posisi ini disebut TDC (Top Dead Center) atau TMA. Udara yang
terperangkap akan tertekan dan menjadi sangat panas. Perbandingan antara
volume udara sebelum dan sesudah ditekan disebut perbandingan kompresi
(compression ratio). Umumnya Diesel Engine memiliki perbandingan
kompresi antara 13 : 1 sampai 20 : 1. Saat ini Crankshaft telah berputar 360o
atau satu putaran penuh.
Perbandingan Kompressi = Volume TMB / Volume TMA
3. Power Stroke (Langkah Tenaga)
Bahan bakar diesel disemprotkan menjelang akhir compression stroke. Ini
menghasilkan pembakaran dan dimulainya langkah tenaga (power stroke).
Intake dan exhaust valve tetap tertutup untuk menyekat ruang pembakaran.
Gaya dari hasil pembakaran mendorong piston turun dan menyebabkan
connecting rod memutar crankshaft 180o lagi. Pada saat ini crankshaft telah
melakukan satu setengah putaran sejak siklus pertama dimulai.
4. Exhaust Stroke (Langkah Buang)
Exhaust stroke adalah langkah terakhir dari Siklus 4 Langkah. Pada langkah
buang (exhaust stroke), exhaust valve terbuka, piston bergerak naik dan
mendorong gas hasil pembakaran keluar dari silinder. Pada posisi TDC (Top
Dead Center) exhaust valve menutup, intake valve membuka, dan siklus
dimulai dari awal lagi. Saat ini connecting rod kembali memutar crankshaft
180o.
16
Gambar 2.10 Tahap langkah mesin diesel 4 langkah
C. Siklus mesin diesel 4 langkah
Gambar 2.11 Siklus P-V Diesel ideal
D. Perbedaan mesin bensin dengan mesin diesel
Spark plug/busi
Perbedaan yang paling mencolok antara kedua engine itu adalah bahwa
diesel engine tidak membutuhkan pemantik (ignition) untuk menyalakan
engine. Seperti diketahui bahwa diesel engine menggunakan tekanan udara
dengan compression ratio yang tinggi untuk memanaskan udara di dalam
ruang pembakaran sampai cukup panas untuk menyalakan bahan bakar.
17
Desain ruang pembakaran mesin diesel
Perbedaan antara diesel engine dengan gasoline engine juga terletak pada
desain ruang pembakarannya. Pada diesel engine, ruangan antara cylinder
head dengan piston pada saat di posisi TDC (Top Dead Center)/TMA
adalah sangat kecil, sehingga menghasilkan rasio kompresi yang tinggi.
Kebanyakan piston untuk diesel engine memiliki ruang pembakaran yang
terletak tepat di atas piston.
Tenaga Engine
Perbedaan lain yang mencolok adalah kemampuan engine untuk dibebani
pada rpm rendah. Umumnya, diesel engine biasa beroperasi antara 800
rpm dan 2200 rpm, menghasilkan torque yang lebih besar dan
menghasilkan tenaga yang lebih besar disbanding gasoline engine.
Bahan Bakar
Diesel engine umumnya lebih efisien dalam penggunaan bahan bakar
daripada gasoline engine. Rata-rata output horsepower-nya membutuhkan
bahan bakar yang relative lebih sedikit.
Bobot Engine
Diesel engine lebih berat daripada gasoline engine karena ia harus mampu
menahan tekanan dan suhu tinggi pada saat proses pembakaran.
Perbandingan Kompressi
Diesel Engine menggunakan rasio kompresi yang lebih tinggi untuk
memanaskan udara ke suhu pembakaran yang dibutuhkan. Umumnya
berkisar antara 13:1 sampa 20:1. Sementara gasoline engine hanya
menggunakan rasio kompresi antara 8:1 sampai 11:1.
18
Gambar 2.12 Disain mesin diesel 4 langkah
E. Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar sangatlah
kompleks untuk dianalisis menurut teori. Oleh karena itu maka diperlukan adanya
asumsi keadaan yeng ideal.
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk dianalisis, akan
tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari keadaan sebenarnya.
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus udara ideal.
Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus
sebenarnya, misalnya mengenai:
a. Urutan proses.
b. Perbandingan kompresi.
c. Temperatur dan tekanan.
d. Penambahan kalor.
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur siklus ideal
tersebut. Hal tersebut antara lain :
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan titik
mati bawah torak.
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal.
19
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor seperti yang
terjadi pada siklus udara, akan tetapi perubahan temperatur yang
terjadi merupakan akibat dari pembakaran bahan bakar dan udara.
Tidak ada pembakaran yang sempurna.
Terjadi kerugian-kerugian gesek, thermal dan kerugian energi lain.
Rumus Dasar.
Pengolahan data :
1. Torsi yang dihasilkan (output toque)
(Nm)
2. Daya yang dihasilkan/ BHP (Break Horse Power)
(KW)3. Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
(L/h)
4. Spesific Fuel Consumtion and Power / SFC
(liter / KWh)
5. BMEP (Break Mean Effective Pressure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk menggerakan piston selama
langkah kerja (ekspansi).
(KW/m3)
6. Daya indikator/IHP (Indicator Horse Power)
(KW)
7. Kerugian akibat gesekan pada komponen / FHP (Friction Horse Power)
BHP (x) BFC (y)
BFC = 3600 Vg/t
BHP = (2 π n T) / 60
T = F . L
SFC = BFC / BHP
BMEP = 6 x 104 K2 BHP /N Vs
IHP = BHP + FHP
20
b=n (Σ xy )− (Σx ) (Σx 2 ) ( Σy )
n ( Σx 2 )−( Σx ) 2
a=(Σx 2 ) (Σy )−( Σx ) ( Σy )
n (Σx 2 )−( Σx ) 2
8. mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
Tujuan pengolahan data :
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada berbagai
putaran.
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan rpm vs
mek).
2.2.4 Lembar Data Percobaan
Tabel 2.1 Spesifikasi gasoline Engine 4 langkah
D (m) A (m2) g (m/s2) L (m)0.05 0.00196 9.184 0.31
Tabel 2.2 Tabel data pengamatan gasoline engine 4 langkah
No
n P (Kg/cm2) P (kg/m2) t (s) Vg (ml) Vg (m3)
1 2 3
FHP = b /a
η mek = BHP / IHP
21
Tabel 2.3. Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
no F T BHP BFC SFC BMEP IHP FHP η mek1 2 3
2.3 Refrigerator
2.3.1 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori perpindahan kalor
dan thermodinamika. Berbagai konsep, model, dan hukum thermodinamika dan
perpindahan kalor dikembangkan dari konsep yang dikembangkan dari dunia
fisika, model khusus dan juga hukum yang digunakan untuk memecahakan
masalah dan sistem rancangan. Massa dan energi merupakan dua konsep dasar
yang menjadi titik tolak perkembangan sains rekayasa (engineering science).
Hukum pertama dan kedua thermodinamika, dan persamaan laju perpindahan
kalor merupakan contoh yang tepat untuk hal ini.
a. Sifat thermodinamika
Bagian yang penting dalam menganalisis dalam sistem thermal adalah
penemuan sifat thermodinamika yang bersangkutan. Suatu sifat adalah
karakteristik atau ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan
sifat-sifatnya, tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri, melainkan
merupakan hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu
sifatnya. Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau
jumlah energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan.
Oleh karena itu, thermodinamika berkisaran pada energi maka seluruh sifat-
sifat thermodinamika berkaitan dengan energi. Dalam hal ini sifat-sifat
thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan, suhu, rapat massa,
volume spesifik, kalor spesifik, entalpi, dan sifat cair uap dari suatu
keadaan. Suhu (t), dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang bersentuhan
dengannya. Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan memberikan
22
kepada bahan yang suhunya lebih rendah. Titik acuan bagi skala Celcius
adalah titik beku air (0°C) dan titik didih air (100°C).
b. Suhu absolut (T)
adalah derajat diatas suhu nol absolut yang dinyatakan dengan skala Kelvin
(K) yaitu = t°C + 273. Oleh karena itu, interval suhu pada kedua skala suhu
tersebut identik maka beda suhu pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin.
c. Tekanan (P)
adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan oleh suatu fluida persatuan
luas benda yang terkena gaya tersebut. Tekanan absolut adalah ukuran
diatas nol (tekanan yang sebenarnya berada diatas nol). Tekanan
pengukuran (gauge preassure) diukur diatas tekanan atmosfir suatu tempat
(nol tekanan pengukuran = tekanan atmosfir ditempat tersebut). Satuan yang
dipakai untuk tekanan adalah Newton/m2 disebut juga Pascal (Pa).
d. Tekanan atmosfer standar
adalah 101.325 Pa = 101.3 Mpa, tekanan dapat diukur dengan instrument
seperti ukuran tekanan (preassure gauge) atau Manometer (yang
diperlihatkan secara skematik).
e. Rapat massa dan volume spesifik
rapat massa dari suatu fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan
volume, sebaliknya volume spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-
satuan massa, rapat massa dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan
yang lainnya.
f. Kalor spesifik
kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah energi yang diperlukan untuk
menaikkan satu-satu massa bahan tersebut sebesar 1°K. Oleh karena itu,
besaran ini dipengaruhi oleh cara proses berlangsung, maka cara kalor
ditambahkan atau dilepaskan harus disebutkan. Nilai pendekatan untuk nilai
spesifik dari beberapa bahan yang penting adalah sebagai berikut :
23
Cp
Cp
Cp
1,0 kJ/kg.K
4,19 kJ/kg.K
1,88 kJ/kg.K
Udara kering
Air
Uap air
g. Entalpi
perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang dilepaskan atau diberikan
persatuan massa melalui proses tekanan konstan. Sifat entalpi dapat juga
dinyatakan laju perpindahan kalor untuk proses yang padanya terjadi
penguapan atau pengembunan, misalnya proses dalam ketel air atau koil
pendinginan udara dimana uap air mengembun.
h. Entropi
walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi, tapi sifat ini hanya
digunakan dalam hal khusus dan terbatas. Entropi terdapat pada banyak
grafik dan tabel-tabel sifat bahan.
Berikut adalah sifat entropi, yaitu :
1. Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan dan
tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses berlangsung,
maka bahan itu akan tetap.
2. Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir, perubahan entalpi
menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang diperlukan oleh
poros penekanan atau yang dilepaskan oleh proses ekspansi tersebut.
i. Hukum gas ideal
model idealisasi dari perilaku gas yang berhubungan dengan tekanan, suhu,
dan volume spesifik suatu gas ideal memenuhi :
P . v=R . T
Dimana :
P
v
=
=
Tekanan (Pa)
Volume spesifik (m/kg)
24
R
T
=
=
Terapan gas = 287 J/kg.K ; untuk udara
= 426 J/kg.K ; untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air dengan derajat
panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap air serta refrigran
yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh.
j. Konservasi massa
massa adalah suatu “konsep” yang mendasar, karena itu tidak mudah untuk
didefinisikan. Definisi massa sering dirumuskan dengan menunjukan pada
hukum Newton, yaitu :
Gaya=m . a=m . dV /dt
Dimana :
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (m/det)
Percepatan (m/det2)
Waktu (det)
k. Pemanasan dan pendinginan
Pada kebanyakan proses pemanasan dan pendinginan, misalnya pada
pemanas air, pada ketel, perubahan beberapa bagian energi diabaikan.
Seringkali perubahan energi kinetik sebesar V2/2 dan energi potensial dari
titik yang satu ke titik yang lain sebesar 9,81 z dapat diabaikan jika terlalu
kecil dibandingkan dengan besarnya perubahan entalpi, kerja yang
dilakukan atau perpindahan kalor. Apabila dalam proses tidak ada kerja
yang dilakukan oleh pompa kompresor atau mesin, maka W = 0 karena itu
persamaan energi disederhanakan menjadi :
Q=m . h 1=m . h 2 atau q=m (h 2−h1 )
25
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi.
l. Proses adiabatik, adiabatik berarti tidak ada kalor yang dipindahkan, jadi
q = 0. Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas sistem diberi sekat
penahan aliran kalor. Tetapi walaupun sistem tidak disekat asalkan laju
energi total didalam sistem jauh lebih besar dibandingkan dengan energi
yang dimasukan atau dikeluarkan ke lingkungan dalam bentuk kalor, maka
proses tersebut dapat dikatakan dengan adiabatik.
m. Kerja kompresi
suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai model proses adiabatik adalah
pengkompresian suatu gas. Perubahan energi kinetik dan potensial serta laju
perpindahan kalor (q) didapat :
Q=m (h 1−h 2)
Artinya, daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi. Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin.
n. Kompresi isentropic, merupakan bahan lain yang tersediauntuk
memperkirakan perubahan entalpi selama proses berlangsung kompresi.
Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa gesekan maka kompresi tersebut
terjadi pada entropi tetap.
o. Perpindahan kalor, analisis perpindahan kalor digali dari hukum
thermodinamika tentang konservasi massa energi, hukum kedua dan ketiga
persamaan tentang konduksi, radiasi dan konveksi. Persamaan ini
dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut. Perpindahan kalor melalui suatu bahan padat
yeng disebut peristiwa konduksi, menyangkut pertukaran energi tingkat
molekuler. Sebaliknya, radiasi adalah proses yang membawa energi dalam
jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke permukaan yang lain.
Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi energi ruang vakum yang
26
tidak tergantung pada medium perantara untuk menghubungkan dua
permukaan. Perpindahan kalor konveksi tergantung pada konduksi antara
permukaan benda padat dengan fluida terdekat yang bergerak.
Gambar rangkaian
Gambar 2.13 Rangkaian Refrigerator (AC)
2.3.2 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A. Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk menaikkan
tekanan dari refrigeran. Menurut hukun fisika, jika gas atau uap dikompresikan
maka temperaturnya juga akan naik. Ketika tekanan dan temperatur naik,
refrigeran cepat mengalami kondensasi pada kondensor.
Simbol.
27
Gambar 2.14 Kompresor
B. Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara menjadi
mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan tinggi,
bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor.
Kondensor dibagi menjadi dua bagian, yaitu : Air Cooled Type dan Water Cooled
Type, kapasitas : 720 kcal/h.
Simbol.
Gambar 2.15 Kondensor
C. Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah dikondensasikan dalam
bentuk cairan secara berkala sebelum melalui expantion valve (katup ekspansi).
Simbol.
Gambar 2.16 Liquid Receiver
D. Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari refrigeran
(bercampur dengan air, kualitas dari refrigeran, dan lain-lain) alat inin dipasang
diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan expantion valve.
Simbol.
28
Gambar 2.17 Sight Glass
E. Strainer/Drier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon refrigeran. Jika air
masuk dalam sistem pipa, bukan hanya akan menghambat aliran refrigeran yang
dikarenakan air ini akan membeku, tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam
hidrochloric, asam floride hydrogen. Ini akan menyebabkan akibat yang kurang
baik, sebagai contoh : karat pada komponen, adhesive tembaga atau material
elektrik isolator.
Standar : 1,4 inchi.
Simbol.
Gambar 2.18 Strainer (filter)
F. Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head dengan
mengontrol aliran refrigeran.
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve. Digunakan untuk refrigeran : freon
12 (R12). Standar : daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10°C.
Simbol.
Gambar 2.19 Expantion Valve
G. Evaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan untuk
menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari lingkungan. Dengan
kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran dengan cara head exchanging
(pertukaran panas) antara temperatur rendah, tekanan rendah cairan refrigeran
dengan udara.
Simbol.
29
Gambar 2.20 Evaporator
H. Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat tekanan
berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali dihidupkan jika kembali
normal. Dan akan menghentikan kompresor untuk mengurangi tekanan pada
tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja pada tekanan rendah yang
berhubungan dengan selenoid valve.
Daerah tekanan dapat dikontrol :
High Preassure : 8-30 kg/cm2
Low Preassure : 0,5-2 kg/cm2
Daerah tekanan diferensial : 50 mmHg – 6 kg/cm2
Simbol.
Gambar 2.21 Dual
I. Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan pada sistem
daerah yang dapat dibaca.
Daerah tekanan yang dapat dibaca :
High Preassure : 0-30 kg/cm2
Low Preassure : 0-15 kg/cm2
Simbol.
Gambar 2.22 Preassure Gauge
J. Thermostat
30
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk memelihara
temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur ruangan pada temperatur
konstan. Daerah udara dapat dikontrol : 30-50°C.
Simbol.
Gambar 2.23 Thermostat
K. Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan mengukur
temperatur dalam sistem.
Simbol.
Gambar 2.24 Temperatur
2.3.3 Lembar Pengambilan Data Refrigerator (Freezer) R134 A / R12
Shift :
T1 (Ideal) : °C
T2 (Ideal) : °C
T3 (Ideal) : °C
T4 (Ideal) : °C
P1 (Ideal) : KPa
P2 (Ideal) : KPa
P3 (Ideal) : KPa
P4 (Ideal) : KPa
31
t1 (Aktual) : °C
t2 (Aktual) : °C
t3 (Aktual) : °C
t4 (Aktual) : °C
P1 (Aktual) : KPa
P2 (Aktual) : KPa
P3 (Aktual) : KPa
P4 (Aktual) : KPa
Coefficient of Performance (COP) Ideal
Dengan parameter T pada tabel R134A / R12 :
.h1 : P1 :
.h2 : P2 :
.h3 : P3 :
.h4 : P4 :
h3 = h4 (Ideal)
Wkompresor : m (h2 – h1) =
Qkondensor : h2 – h3 =
Qevaporator : h1 – h4 =
COPideal : Output / Input = Qevaporator / Wkompresor
COPaktual : Output / Input = Qevaporator / Wkompresor
32
Coefficient of Performance (COP) Aktual
Dengan parameter t pada tabel R12 :
.h1 : P1 :
.h2 : P2 :
.h3 : P3 :
.h4 : P4 :
Wkompresor : m (h2 – h1) =
Qkondensor : h2 – h3 =
Qevaporator : h4– h1 =
COPideal : Output / Input =
COPaktual : Output / Input =
33