BERBAHAN MARLON TERHADAP KONDISI UDARA YANG … · 73cm. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan...

PENGARUH KECEPATAN UDARA DAN JUMLAH COOLING PAD

BERBAHAN MARLON TERHADAP KONDISI UDARA

YANG DIHASILKAN AIR COOLER

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin

Diajukan oleh :

BENI INAWAN

NIM : 165214048

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2020

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

THE EFFECT OF AIR VELOCITY AND NUMBER OF COOLING PAD

MADE FROM MARLON TOWARDS AIR CONDITION

THAT PRODUCED BY AIR COOLER

ii

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By :

BENI INAWAN

Student Number : 165214048

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2020


ABSTRAK

vii

Pada zaman sekarang ini kenyamanan menjadi suatu yang diutamakan dalam

hidup. Kenyamanan di dalam beraktivitas didapatkan dengan tersedianya lingkungan

yang bersih, sejuk, dan bebas polusi. Tujuan dari penelitian ini adalah (a) merancang

dan merakit mesin air cooler dengan cooling pad yang terbuat dari marlon, (b)

mengetahui pengaruh kecepatan udara dan jumlah cooling pad terhadap kondisi udara

yang dihasilkan pada air cooler, mengetahui pengaruh kecepatan udara dan jumlah

cooling pad yang terbuat dari marlon terhadap jumlah kandungan uap air, mengetahui

pengaruh kecepatan udara dan jumlah cooling pad yang terbuat dari marlon terhadap

besarnya kalor yang dilepas udara untuk menguapkan air, mengetahui pengaruh

kecepatan udara dan jumlah cooling pad yang terbuat dari marlon terhadap efektivitas

air cooler.

Penelitian ini dilakukan di laboratorium Perpindahan Kalor Teknik Mesin,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Mesin penyejuk udara yang dirancang

menggunakan energi listrik. Mesin dirancang dengan ukuran p x l x t : 120cm x 56cm x

73cm. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan kecepatan udara dan jumlah

cooling pad yang dipergunakan di dalam air cooler : (1) kecepatan udara 2,5 m/s

dengan empat cooling pad dan enam cooling pad (2) kecepatan udara 2,6 m/s dengan

empat cooling pad dan enam cooling pad (3) kecepatan udara 2,7 m/s dengan empat

cooling pad dan enam cooling pad.

Dari penelitian ini menunjukan bahwa: (a) air cooler dengan

mempergunakan evaporative cooling yang dilengkapi dengan cooling pad yang

terbuat dari bahan marlon berhasil dirakit dan mesin bekerja sesuai dengan

fungsinya, (b) semakin besar kecepatan udara maka semakin tinggi suhu udara yang

dihasilkan air cooler, Kondisi udara terendah 4 cooling pad dengan kecepatan 2,5

m/s adalah : TdbB : 26,2°C, Twb : 24°C, RHB : 81%, ∆w : 0,0016 kgair/kgudara, Qout :

2,0151 kJ/s dan efektivitas : 0,68. Kondisi udara terendah 4 cooling pad dengan

kecepatan 2,6 m/s adalah : TdbB : 26,6°C, Twb : 24°C, RHB : 79%, ∆w : 0,0015

kgair/kgudara, Qout : 1,7248 kJ/s dan efektivitas : 0,62. Kondisi udara terendah 4

cooling pad dengan kecepatan 2,7 m/s adalah : TdbB sebesar : 26,9°C, Twb : 24°C,

RHB : 77%, ∆w : 0,0014 kgair/kgudara, Qout : 1,4511 kJ/s dan efektivitas : 0,57.

Kondisi udara terendah 6 cooling pad dengan kecepatan 2,5 m/s adalah : TdbB :

25,1°C, Twb : 24°C, RHB : 88%, ∆w : 0,0020 kgair/kgudara, Qout : 2,6868 kJ/s dan

efektivitas : 0,84. Kondisi udara terendah 6 cooling pad dengan kecepatan 2,6 m/s

adalah : TdbB : 25,3°C, Twb : 24°C, RHB : 86%, ∆w : 0,0019 kgair/kgudara, Qout : 2,3716

kJ/s dan efektivitas : 0,81. Kondisi udara terendah 6 cooling pad dengan kecepatan

2,7 m/s adalah : TdbB : 25,5°C, (Twb) : 24°C, RHB : 84%, (∆w) : 0,0018 kgair/kgudara,

Qout : 2,0730 kJ/s dan efektivitas : 0,78.

Kata kunci : air cooler, evaporative cooling,cooling pad.


viii

ABSTRACT

In this era, comfort has now become a priority in life. Comfort in activities

can be obtained through a clean, fresh, and unpolluted environment. The purpose

of this study is (a) to design and assemble an air cooling machine aided with cooling

pads made out of marlon, (b) to determine the effects of air velocity and the amount

of cooling pads on the condition of air produced by the air cooler, (c) to determine

the effects of air velocity and the amount of marlon cooling pads on the water

vapour content, (d) to determine the effects of air velocity and the amount of marlon

cooling pads on the amount of heat released by air to absorb water, (e) to determine

the effects of air velocity and the amount of marlon cooling pads on the air cooler

effectiveness.

This research was conducted at the Mechanical Engineering Heat Transfer

Laboratory of Sanata Dharma University, Yogyakarta. The air cooling machine is

designed to use electrical energy. The dimensions of the machine are p x l x t:

120cm x 56cm x 73cm. This research was done by alternating the number of cooling

pads used in the air cooler: (1) 2.5 m/s air velocity with four and six cooling pads,

(2) 2.6 m/s air velocity with four and six cooling pads, (3) 2.7 m/s air velocity with

four and six cooling pads.

This research shows that: (a) the evaporative cooling air cooler aided with

marlon cooling pads was successfully assembled and works in accordance to its

function, (b) the greater the air velocity, the higher the air temperature produced by

the air cooler, the lowest air conditions of 4 cooling pads with the speed of 2.5 m/s

are : TdbB : 26.2°C, Twb : 24°C, RHB : 81%, ∆w : 0.0016 kgair/kgudara, Qout : 2.0151

kJ/s, and effectiveness : 0.68. The lowest air conditions of 4 cooling pads with the

speed of 2.6 m/s are : TdbB : 26.6°C, Twb : 24°C, RHB : 79%, ∆w : 0.0015 kgair/kgudara,

Qout : 1.7248 kJ/s, and effectiveness : 0.62. The lowest air conditions of 4 cooling

pads with the speed of 2.7 m/s are : TdbB: 26.9°C, Twb : 24°C, RHB: 77%, ∆w :

0.0014 kgair/kgudara, Qout : 1.4511 kJ/s, and effectiveness: 0.57. The lowest air

conditions of 6 cooling pads with the speed of 2.5 m/s are: TdbB : 25.1°C, Twb : 24°C,

RHB : 88%, ∆w : 0.0020 kgair/kgudara, Qout : 2.6868 kJ/s, and effectiveness : 0.84.

The lowest air conditions of 6 cooling pads with the speed of 2.6 m/s are : TdbB:

25.3°C, Twb : 24°C, RHB : 86%, ∆w : 0.0019 kgair/kgudara, Qout : 2,3716 kJ/s, and

effectiveness: 0.81. The lowest air conditions of 6 cooling pads with the speed of

2.7 m/s are: TdbB : 25.5°C, Twb : 24°C, RHB : 84%, ∆w: 0.0018 kgair/kgudara, Qout :

2,0730 kJ/s, and effectiveness : 0.78.

Keywords: air cooler, evaporative cooling, cooling pad


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

TITTLE PAGE .................................................................................................... ii

LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIKAN TUGAS AKHIR ................................. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI................................. vi

ABSTRAK ......................................................................................................... vii

ABSTRACT ........................................................................................................ viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI ........................................................................................................ xi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xvi

BAB I. PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 3

1.3 Tujuan Penelitian................................................................................... 3

1.4 Batasan Pembuatan Alat........................................................................ 3

1.5 Manfaat Penelitian................................................................................. 4

1.6 Luaran Penelitian................................................................................... 4

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

2.1 Dasar Teori ............................................................................................ 5

2.1.1 Air Cooler ......................................................................................... 5

2.1.2 Evaporative Cooling ....................................................................... 10

2.1.3 Kondisi Udara ................................................................................. 14

2.1.4 Psychrometric Chart ...................................................................... 17


xii

2.1.5 Perhitungan pada Psychrometric Chart.......................................... 21

2.2 Tinjauan Pustaka ................................................................................. 24

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 26

3.1 Objek Penelitian .................................................................................. 26

3.2 Alur Penelitian..................................................................................... 26

3.3 Variasi Penelitian ................................................................................ 28

3.4 Metode Penelitian ................................................................................ 28

3.5 Alat dan Bahan yang digunakan.......................................................... 28

3.5.1 Alat ukur yang digunakan .............................................................. 28

3.5.2 Spesifikasi Komponen-Komponen Air Cooler .............................. 30

3.6 Proses Pembuatan Mesin Air Cooler .................................................. 34

3.7 Cara Pengambilan Data ....................................................................... 35

3.8 Cara Memperoleh Data ....................................................................... 36

BAB IV HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .......... 37

4.1 Hasil Penelitian ................................................................................... 37

4.2 Psychrometric chart ............................................................................ 39

4.3 Pembahasan ......................................................................................... 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 62

5.1 Kesimpulan.......................................................................................... 62

5.2 Saran .................................................................................................... 63

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 64

LAMPIRAN ........................................................................................................... 65


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Direct Evaporative Cooling ......................................................... 6

Gambar 2.2 Indirect Evaporative Cooling ...................................................... 7

Gambar 2.3 Casing Air Cooler ........................................................................ 7

Gambar 2.4 Kipas ............................................................................................ 8

Gambar 2.5 Pompa Submersible ..................................................................... 8

Gambar 2.6 Cooling Pad ................................................................................. 9

Gambar 2.7 Penampung Air Bagian Atas ....................................................... 9

Gambar 2.8 Penampung Air Bagian Bawah .................................................... 9

Gambar 2.9 Proses Evaporative Cooling ...................................................... 11

Gambar 2.10 Proses Evaporative Cooling pada Psychromatric Chart ............ 14

Gambar 2.11 Rangka Diagram Psychrometric Chart ..................................... 19

Gambar 2.12 Delapan Proses-Proses Termodinamika Dasar .......................... 19

Gambar 3.1 Skematik Air Cooler .................................................................. 26

Gambar 3.2 Alur Penelitian Mesin Air Cooler .............................................. 27

Gambar 3.3 Termokopel dan APPA .............................................................. 29

Gambar 3.4 Higrometer ................................................................................. 29

Gambar 3.5 Anemometer .............................................................................. 30

Gambar 3.6 Kipas .......................................................................................... 31

Gambar 3.7 Cooling Pad ............................................................................... 32

Gambar 3.8 Pompa Submersible ................................................................... 33

Gambar 3.9 Bak Penampung Bawah ............................................................. 33

Gambar 3.10 Bak Penampung Atas ................................................................. 34


xiv

Gambar 4.1 Proses Evaporative Cooling pada Kecepatan

Udara 2,5 m/s dengan 4 Cooling Pad ........................................ 42











Gambar 4.7 Suhu udara bola kering yang dihasilkan Air Cooler untuk

berbagai macam kecepatan udara dengan 4 Cooling Pad ......... 54

Gambar 4.8 Suhu udara bola kering yang dihasilkan Air Cooler untuk

berbagai macam kecepatan udara dengan 6 Cooling Pad ......... 55

Gambar 4.9 Pertambahan kandungan uap air di dalam udara (∆w)

untuk 4 Cooling Pad dengan berbagai kecepatan udara ............ 56

Gambar 4.10 Pertambahan kandungan uap air di dalam udara (∆w)

untuk 6 Cooling Pad dengan berbagai kecepatan udara ............ 57

Gambar 4.11 Energi kalor yang dilepas udara (Qout) untuk berbagai

macam kecepatan udara dengan 4 Cooling Pad ........................ 58

Gambar 4.12 Energi kalor yang dilepas udara (Qout) untuk berbagai


Gambar 4.13 Efektivitas pendinginan Cooling Pad untuk berbagai


Gambar 4.14 Efektivitas pendinginan Cooling Pad untuk berbagai



xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Data Penelitian 4 Cooling Pad dan 6 Cooling Pad ........................ 36



Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian 4 Cooling Pad dengan Kecepatan

Udara 2,5 m/s.................................................................................. 37


Udara 2,6 m/s.................................................................................. 38


Udara 2,7 m/s.................................................................................. 38


Udara 2,5 m/s.................................................................................. 38


Udara 2,6 m/s.................................................................................. 39


Udara 2,7 m/s.................................................................................. 39

Tabel 4.7 Hasil Penelitian 4 Cooling Pad dengan kecepatan udara

2,5 m/s ............................................................................................ 40


2,6 m/s ............................................................................................ 40


2,7 m/s ............................................................................................ 40


2,5 m/s ............................................................................................ 41


2,6 m/s ............................................................................................ 41


2,7 m/s ............................................................................................ 41

Tabel 4.13 Data Hasil perhitungan ∆w ............................................................. 46


xvii

Tabel 4.14 Data Hasil perhitungan Qudara dan ṁudara ........................................ 48

Tabel 4.15 Data Hasil perhitungan Qout ............................................................ 50

Tabel 4.16 Data Hasil perhitungan Efektivitas (Є) .......................................... 53


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kondisi udara yang kurang bersih membuat pengaruh terhadap kehidupan

manusia dan sekarang ini kenyamanan menjadi suatu yang diinginkan setiap orang.

Kenyamanan beraktivitas tentunya dalam lingkungan sekitar yang bersih, sejuk,

dan bebas dari polusi. Berbagai macam upaya telah dilakukan untuk mengurangi

udara panas, yaitu dengan menggunakan air conditioner (AC) dan air cooler.

Air conditioner suatu rangkaian komponen yang memiliki fungsi sebagai

pendingin udara yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Siklus kompresi uap

ketika digunakan membuat udara menjadi kering. Udara kering ini berdampak pada

kulit menjadi kering, konsumsi listrik AC relatif besar, harga AC lebih mahal

dibandingkan dengan air cooler, AC ruangan tidak dapat dipindah-pindahkan, dan

perawatannya sulit dilakukan sendiri. Penggunaan AC ruangan membuat kebutuhan

oksigen di dalam ruangan kurang, karena tidak ada ventilasi udara. Beberapa orang

sekarang beralih mempergunakan air cooler dari pada AC karena lebih hemat

listrik, udaranya tidak kering, lebih banyak oksigen dalam ruangan, mudah

dipindah-pindahkan dan ramah lingkungan.

Prinsip kerja air cooler tidak sama dengan AC. Pada air cooler sistem

pengkondisian udara dilakukan dengan sistem evaporative cooling. Air cooler lebih

ramah lingkungan karena mempergunakan fluida kerja air, tidak seperti AC yang

mempergunakan freon yang berpotensi merusak lapisan ozon. Perawatan air cooler


2

mudah. Daya listrik yang diperlukan kecil karena hanya dipergunakan untuk

menggerakkan kipas angin dan pompa. Mudah dipindah-pindahkan karena tidak

dipasang melekat pada dinding seperti halnya AC, tetapi kekurangannya adalah

tidak praktis karena seringkali harus mengisi air yang dipergunakan sebagai fluida

kerjanya, suara yang ditimbulkan juga lebih berisik, penurunan suhu yang

dihasilkan tidak sebesar yang dihasilkan AC.

Sayangnya komponen-komponen air cooler tidak dijual bebas seperti hal nya

komponen-koponen AC. Masyarakat yang ingin membuat air cooler secara mandiri

akan kesulitan dan penulis tertarik untuk melakukan penelitian lebih lanjut tentang

air cooler dikarenakan efektivitas dari air cooler masih memungkinkan untuk

ditingkatkan karena air cooler yang ada di pasaran hanya menggunakan 1 cooling

pad. Penulis ingin merancang dan membuat cooling pad dengan jumlah yang lebih

banyak dari air cooler yang ada di pasaran agar proses evaporative cooling yang

terjadi lebih maksimal sehingga temperatur yang dihasilkan semakin rendah dan

nilai efektivitasnya mendekati nilai maksimal yang dapat dihasilkan air cooler. Jika

dipasaran bahan dari cooling pad yang digunakan adalah fiber maka disini penulis

ingin membuat cooling pad dengan menggunakan bahan yang berbeda yaitu

cooling pad dengan bahan marlon. Marlon dipilih menjadi bahan dalam membuat

cooling pad karena marlon dapat mengalirkan air di cooling pad sehingga

diharapkan proses penguapan lebih maksimal dan mendapat penurunan temperatur

yang lebih rendah daripada air cooler yang ada di pasaran.

Berdasarkan latar belakang tersebut, penulis menjadi tertarik untuk

melakukan penelitian tentang mesin penyejuk udara air cooler. Dengan harapan


3

dapat diperolehnya model air cooler yang dapat dibuat sendiri dan dapat dijadikan

contoh bagi masyarakat yang ingin membuatnya.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari penelitian ini adalah :

a. Bagaimanakah merancang dan merakit mesin air cooler dengan cooling pad

yang berbahan marlon?

b. Bagaimanakah pengaruh kecepatan udara dan jumlah cooling pad yang

berbahan marlon terhadap (1) kondisi udara yang dihasilkan pada air cooler

(TdbB dan RHB)? (2) jumlah pertambahan kandungan uap air di udara (∆w)?

(3) kalor yang dilepaskan udara untuk menguapkan air (Qout)? (4) efektivitas

pendinginan air cooler (є)?

1.3 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini yaitu:

a. Merancang dan merakit mesin air cooler dengan cooling pad yang berbahan

marlon.

b. Mengetahui pengaruh kecepatan udara dan jumlah cooling pad yang berbahan

marlon terhadap (1) kondisi udara yang dihasilkan pada air cooler (TdbB dan

RHB) (2) jumlah pertambahan kandungan uap di udara (∆w) (3) kalor yang

dilepaskan udara untuk menguapkan air (Qout) (4) efektivitas pendinginan dari

air cooler (є).

1.4 Batasan Pembuatan Alat

Batasan-batasan dalam perancangan atau pembuatan mesin air cooler,


4

meliputi:

a. Mesin air cooler yang dirancang dan dibuat memiliki ukuran p x l x t : 120

cm x 56 cm x 73 cm.

b. Bahan cooling pad nya menggunakan bahan marlon.

c. Air cooler bekerja dengan system evaporative cooling

d. Menggunakan kipas dengan daya 100 watt, jumlah sudu : 3 buah, diameter

kipas 50,8 cm, dan diameter sudu : 25 cm

e. Debit aliran air yang dipergunakan sebesar 3000 liter/jam

f. Jumlah cooling pad maksimal : 6 buah

g. Menggunakan pompa jenis submersible dengan daya 60 watt, kapasitas

pompa 0,349 liter/detik, dan head maximum : 3m

h. Jarak antar cooling pad 7 cm.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini yaitu :

a. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi bagi orang lain yang ingin

melakukan penelitian sejenis.

b. Hasil penelitian dapat ditempatkan di perpustakaan atau dapat dipublikasikan

pada khalayak umum.

c. Dihasilkannya model air cooler.

1.6 Luaran Penelitian

Luaran penelitian dari penelitian ini yaitu dihasilkannya teknologi tepat guna,

berupa air cooler dengan cooling pad yang terbuat dari bahan marlon, dengan daya

total listrik 160 watt


5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Air Cooler

Air cooler merupakan sebuah mesin penyejuk udara yang menggunakan

prinsip evaporative cooling. Pendinginan evaporative atau secara teknik disebut

dengan pendinginan adiabatik adalah suatu proses pengkondisian udara yang

dilakukan dengan membiarkan kontak langsung antara udara dengan uap air

sehingga terjadi perubahan dari kalor sensibel menjadi kalor laten. Pada daerah

yang beriklim panas dan kering seperti Amerika Serikat dan beberapa negara lain,

penggunaan air cooler dapat dilihat pada sebagian atau seluruh bangunan yang ada

pada daerah tersebut karena air cooler dapat mereduksi seperempat dari

penggunaan energi refrigeran air conditioner. (Althouse, Bracciano, and Turnquist,

2005).

2.1.1.1 Tipe Desain Air Cooler

1. Direct evaporative cooling

Direct evaporative cooling merupakan suatu cara yang digunakan untuk

mendinginkan udara dengan sangat sederhana. Sebuah unit pendingin menguapkan

uap air secara mekanik dengan menggunakan kipas angin untuk menarik udara

melalui membran yang dibasahi, atau cooling pad, yang menyediakan permukaan

yang luas untuk penguapan air ke udara. Air dialirkan di bagian atas cooling pad


6

sehingga dapat menetes ke dalam cooling pad dan terus menjaga cooling pad dalam

keadaan basah. Setiap kelebihan air yang menetes keluar dari bagian bawah

membran dikumpulkan dalam bak penampungan air kemudian diedarkan kembali

ke atas dengan pompa. Prinsip kerja evaporative cooling dapat dilihat pada Gambar

2.1. Udara dari luar (outdoor air) dialirkan secara paksa menggunakan supply fan

melalui cooling pad yang dijaga tetap basah dengan cara mengalirkan air dari

bagian atas cooling pad sehingga sebagian panas sensibel dari udara dipindahkan

ke air dan menjadi panas laten yang menyebabkan suhu udara menjadi dingin

(Karpiscak, 1994, p.3).

Gambar 2.1 Direct Evaporative Cooling

(Sumber: https://ouc.bizenergyadvisor.com)

2. Indirect evaporative cooling

Indirect evaporative cooling merupakan proses mendinginkan tanpa

meningkatkan kelembapan spesifik (w). Sistem indirect, lebih mahal dan

mengkonsumsi energi yang lebih banyak jika dibandingkan dengan menggunakan

sistem direct evaporative cooler. Prinsip kerja dari sistem ini ditunjukkan pada

Gambar 2.2. Supplay fan mengalirkan udara luar hingga bersentuhan dengan satu

sisi permukaan heat exchanger yang dingin, yang didalamnya mengalir udara

(secondary air) yang suhunya relatif rendah. Setelah terjadi perpindahan kalor

antara udara yang mengalir di luar heat exchanger dengan udara yang berada di


https://ouc.bizenergyadvisor.com/article/evaporative-cooling


7

dalam melalui heat exchanger, udara yang di dalam suhunya menjadi naik dan pada

saat bersamaan pada sisi lain heat exchanger bersentuhan dengan cooling pad

sehingga terjadi proses direct evaporative cooling. (Karpiscak, 1994, p.3)

Gambar 2.2 Indirect Evaporative Cooling

(Sumber: https://ouc.bizenergyadvisor.com)

2.1.1.2 Bagian-bagian Air Cooler

Air cooler terdiri dari beberapa bagian antara lain:

a. Casing

Komponen ini merupakan penutup air cooler agar air cooler enak dilihat, dan

aliran udara dapat mengalir sesuai dengan arah yang ditentukan.

Gambar 2.3 Casing Air Cooler



8

b. Kipas

Kipas merupakan alat untuk mengalirkan udara dari luar untuk masuk

melewati saluran masuk cooling pad serta keluar melalui saluran output.

Gambar 2.4 Kipas

(Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/Kipas)

c. Pompa air

Pompa air berfungsi untuk mensirkulasikan air dari bawah ke atas menuju

bagian atas cooling pad. Untuk pompa yang digunakan penelitian ini menggunakan

pompa submersible.

Gambar 2.5 Pompa Submersible

Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/Pompa


9

d. Cooling Pad

Coooling pad berbahan Marlon merupakan bagian yang berfungsi sebagai

media pendingin yang dialiri air secara terus menerus.

Gambar 2.6 Cooling Pad

e. Penampung air

Penampung air berfungsi untuk menampung air yang akan disirkulasikan

dalam sistem.

Gambar 2.7 Penampung Air Bagian Atas

Gambar 2.8 Penampung Air Bagian Bawah


10

2.1.2 Evaporative Cooling

Evaporative cooling adalah suatu proses pengkondisian udara yang dilakukan

dengan membiarkan kontak langsung antara udara dengan uap air sehingga terjadi

perubahan dari kalor sensibel menjadi kalor laten. Evaporative cooling bekerja

berdasarkan prinsip penyerapan kalor dengan penguapan uap air. Evaporative

cooling menghasilkan pendinginan yang efektif dengan menggabungkan proses

penguapan air proses alami, dengan sistem penggerak udara sederhana yang handal.

Udara luar yang segar disaring melalui media penguapan jenuh, didinginkan dengan

penguapan, dan diedarkan oleh kipas.

Evaporative cooling adalah salah satu alat rumah tangga yang telah lama

dikenal dan pertama kali digunakan, bahkan lebih tua dari pada AC. Evaporative

cooling ini disebut pendingin gurun (dessert cooler) di Timur Tengah, dan juga

disebut pendingin rawa (swamp cooler) di Amerika Serikat. Bingkai evaporative

cooling sangat sederhana. Air dari bagian bawah unit (penampung air) dipompa ke

atas dan dibiarkan mengalir deras melalui cooling pad. Kemudian, kipas yang kuat

menarik udara melalui cooling pad, memaksa air menguap yang menurunkan suhu

sekitar. Udara yang lebih dingin kemudian ditiupkan oleh unit pada kecepatan

tinggi menuju ke ruangan yang hendak didinginkan.

Evaporative cooling sangat ideal untuk area terbuka yang lebih besar.

Mendinginkan daerah yang luas seperti gudang, stadion olah raga, rumah kaca, area

pertokoan, area perakitan. Sistem evaporative cooling menawarkan alternatif biaya

rendah untuk pengkondisian udara yaitu mudah dipasang, tidak hanya memberikan

pendinginan, tapi juga memberikan ventilasi yang baik. Dengan menggunakan


11

sumber air internal atau eksternal untuk memberikan pendinginan. Banyak

keuntungan yang bisa didapat dengan menggunakan evaporative cooling ini

diantaranya yaitu biaya instalasi dan perawatannya rendah, ramah lingkungan, dan

bisa digunakan dalam aplikasi didalam ruangan maupun diluar ruangan.

Gambar 2.9 Proses Evaporative Cooling

(Sumber : https://www.jmatek.co.id/artikel/air-cooler)

Proses evaporative cooling ini juga sering disebut dengan proses pendinginan

adiabatik yaitu suatu proses pengkondisian udara yang dilakukan dengan

membiarkan kontak langsung antara udara dengan air, sehingga terjadi perpindahan

kalor dan perpindahan massa antara keduanya.

Temperatur bola kering udara akan menurun dalam proses ini, dan kalor

sensibel yang dilepaskan digunakan untuk menguapkan sebagian butiran air.

Apabila selang waktu kontak air dan udara mencukupi, maka udara akan mencapai

kondisi saturasi. Ketika kondisi equilibrium tercapai, temperatur air menurun

hingga sama dengan temperatur bola basah udara. Secara umum akan diperoleh

bahwa temperatur bola basah udara sebelum dan sesudah proses adalah sama karena

proses semacam ini terjadi di sepanjang garis olah basah (wB) yang konstan.

Berikut ini adalah fakta yang terjadi dalam proses pendinginan udara dengan


12

cara saturasi adiabatik :

a. Hanya terjadi perpindahan kalor internal, jumlah kalor sensibel yang

dilepaskan adalah sama dengan jumlah kalor laten yang diterima, dan jumlah

kalor total dari udara yang melalui pendinginan adalah konstan.

b. Temperatur bola basah adalah konstan, temperatur bola kering turun, dan

temperatur dew point naik.

c. Titik-titik air pada pad basah pada air cooler akan dengan sendirinya

menyesuaikan pada temperatur bola basah. Apabila titik-titik air yang masuk

pada pendinginan memiliki temperatur lebih rendah daripada temperatur bola

basah, maka mula-mula temperatur titik-titik air tersebut akan naik hingga

mencapai temperatur bola basah kemudian baru menguap. Apabila titik-titik

air yang masik pada pendingin memiliki temperatur lebih tinggi daripada

temperatur bola basah, maka temperatur titik-titik air itu akan turun hingga

mencapai temperatur bola basah oleh karena terjadinya penguapan.

Temperatur air yang akan masuk ke pendingin hanya memiliki pengaruh yang

sangat kecil terhadap efisiensi pendinginan oleh karena kalor untuk pendingin

1 kg air hingga mencapai temperatur bola basah biasanya kurang dari 23,29

kJ, sedangkan kalor yang akan diserapnya ketika menguap adalah sebesar

1118,3 kJ.

d. Kuantitas pendinginan udara yang dihasilkan adalah berbanding secara lurus

terhadap jumlah air yang menguap.

e. Apabila kondisi udara jenuh tercapai, maka temperatur bola kering dari udara

yang keluar dari pendingin adalah sama dengan temperatur bola basah dan


13

sama dengan temperatur dew-point. Namun bagaimanapun juga, kondisi

udara 100% jenuh jarang sekali dapat dicapai, dan udara yang meninggalkan

pendingin walaupun memiliki batas temperatur bola basah sebagai batas

paling rendah, namun sesungguhnya tidak benar-benar mampu mencapai

temperatur itu.

Syarat agar proses evaporative cooling dapat berlangsung dengan baik adalah

kondisi lingkungan yang panas dan kering, yaitu lingkungan yang memiliki suhu

tinggi dan temperatur bola basah yang relatif rendah. Dibandingkan dengan

pendinginan sistem refrigerasi, evaporative cooling jauh lebih murah. Biaya awal

yang dikeluarkan untuk membuat sebuah sistem pendinginan refrigerasi untuk

ukuran yang sama, dan energi listrik yang dibutuhkan untuk pengoperasian alat

evaporative cooling pada umumnya kurang dari satu per lima kali dari energi yang

dibutuhkan untuk alat pendingin refrigerasi. Hal inilah yang membuat alat

evaporative cooling menjadi pilihan yang disukai di daerah dengan kondisi udara

lingkungan yang menjanjikan. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada Gambar 2.9

tentang proses evaporative cooling.


14

Gambar 2.10 Proses Evaporative Cooling Pada Psychrometric Chart

Keterangan Gambar 2.10 :

A : udara masuk ke air cooler (oC)

B : udara keluar dari air cooler(oC)

C : perpotongan titik A dan B

D : suhu maksimum yang dapat dicapai air cooler (oC)

HA : entalpi udara di titik A, (kJ/kgudara)

HC : entalpi udara di titik C, (kJ/kgudara)

SV : volume spesifik di titik A (m3/kg)

wA : kelembapan spesifik udara masuk di titik A (kgair/kgudara)

wB : kelembapan spesifik udara keluar di titik B (kgair/kgudara)

wD : kelembapan spesifik maksimal yang dapat dicapai air cooler (kgair/kgudara)

2.1.3 Kondisi Udara

Kondisi udara dapat dinyatakan parameter-parameter (a) temperatur bola


15

kering, (b) temperatur bola basah, (c) kelembapan spesifik, (d) kelembapan relatif,

(e) dew-point Temperature, (f) volume spesifik, (g) entalpi udara.

a. Temperatur bola kering (Dry Bulb temperature) (Tdb)

Temperatur bola kering yaitu skala temperatur yang ditunjukkan oleh

thermometer bulb biasa dengan bulb dalam keadaan kering. Satuan untuk

temperatur ini biasanya dalam celcius atau fahrenheit. Termometer menggunakan

prinsip dasar pemuaian zat cair (alkohol atau air raksa) yang terdapat di dalam

termometer. Jika kita ingin mengukur temperatur udara dengan termometer biasa

maka terjadi perpindahan kalor dari udara ke bulb (kantong zat cair yang terdapat

di ujung termometer). Karena mendapatkan kalor maka zat cair yang ada di dalam

termometer mengalami pemuaian sehingga tinggi air raksa tersebut naik. Kenaikan

ketinggian cairan ini yang dikonversikan dengan satuan suhu (celcius, Fahrenheit,

dll).

b. Temperatur bola basah (Wet Bulb temperature) (Twb)

Temperatur bola basah yaitu dimana temperatur ini diukur dengan

menggunakan termometer yang bulbnya dilapisi dengan kain yang telah basah

kemudian dialiri udara yang ingin diukur temperaturnya. Perpindahan kalor terjadi

dari udara ke kain basah tersebut. Kalor dari udara akan digunakan untuk

menguapkan air pada kain basah tersebut, setelah itu baru digunakan untuk

memuaikan cairan yang ada dalam termometer.

c. Kelembapan Spesifik (specific humidity) (w)

Kelembapan spesifik (w) didefinisikan sebagai massa uap air tiap satuan

massa udara kering dalam campuran tertentu pada temperatur bola kering (Tdb)


16

tertentu saat menyatakan kandungan uap air sebenarnya dalam udara. Untuk

mengetahui besar kelembapan spesifik (w) dapat ditentukan dengan melihat

psychrometric chart dinyatakan dengan skala vertikal yang terletak pada batas

kanan dari diagram.

d. Kelembapan Relatif (relatife humidity) (RH)

Kelembapan relatif adalah perbandingan antara banyak uap air yang terdapat

di udara dengan banyak uap air maksimum yang dapat dikandung oleh udara pada

temperatur dan tekanan yang sama. Kelembapan relatif merupakan ukuran derajat

kejenuhan udara pada temperatur bola kering (TdB) tertentu. Besaran ini menyatakan

prosentase kejenuhan udara. RH = 100% berarti udara dalam keadaan jenuh dan

RH = 0% berarti udara dalam keadaan kering sempurna. RH didefinisikan sebagai

rasio antara tekanan parsial aktual uap air dengan tekanan parsial saturasi uap air

pada temperatur bola kering tertentu. Untuk mengetahui nilai RH dapat dilihat pada

psychrometric chart.

e. Dew-point Temperature (Tdp)

Dew-point temperature adalah titik embun uap air yang ada di udara yang

artinya suhu dimana uap air yang ada di udara mulai mengembun dan menimbulkan

titik-titik air. Sehingga jika udara didinginkan, maka kemampuan udara untuk

mempertahankan uap air yang dikandungnya akan menurun. Pada penurunan

temperatur yang lebih lanjut akan menyebabkan kondensasi atau terjadinya embun.

Hal ini berarti udara harus didinginkan mencapai temperatur dew-point untuk

mengurangi kandungan uap air yang ada didalamnya.


17

f. Volume Spesifik (SV)

Untuk menghitung volume spesifik campuran udara-uap air, digunakan

persamaan gas ideal. Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan

satuan meter-kubik per kilogram udara kering. Dapat juga dikatakan sebagai meter

kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering, karena

volume yang diisi oleh masing-masing substansi sama. Volume spesifik (SV) dapat

dicari nilainya dengan melihat psychrometric chart.

g. Entalpi Udara (H)

Entalpi campuran udara kering dan uap air adalah jumlah dari entalpi udara

kering dan entalpi uap air. Harga entalpi selalu didasarkan pada bidang data (datum

plane), dan harga entalpi nol untuk udara kering dipilih pada 0oC. Harga entalpi nol

untuk uap air berada pada air jenuh bersuhu 0oC. Nilai entalpi dapat dicari dengan,

melihat psychrometric chart.

2.1.4 Psychrometric Chart

Psychrometric adalah bidang yang mempelajari tentang bagaimana

menentukan sifat-sifat fisis dan termodinamika suatu gas yang didalamnya terdapat

campuran antara gas-uap. Sebagai contoh adalah menentukan sifat-sifat dari

campuran udara dan uap air. Adapun sifat-sifat tersebut antara lain: dry bulb

temperature, wet bulb temperature, dew point, relative humidity, humidity ratio,

enthalpy, volume spesific. Menyajikan Gambar 2.11 tentang kondisi dan sifat-sifat

udara pada psychrometric chart.

Temperatur bola kering (Tdb) ditunjukkan oleh garis-garis vertikal yang

ditarik dari sumbu horisontal diagram. Temperatur bola kering adalah ukuran dari


18

panas sensibel, dan perubahan dari temperatur bola kering menyatakan perubahan

dari panas sensibel.

Temperatur bola basah (Twb) ditunjukkan oleh garis-garis yang ditarik dari

garis saturasi kemudian menurun ke arah kanan bawah sehingga membentuk

gradien negatif. Temperatur bola basah merupakan indikator dari panas total (jumlah

dari kalor sensibel dan kalor laten).

Temperature dew-point (Tdp) ditunjukkan dengan titik-titik yang ada di

sepanjang garis saturasi. Pada saat kondisi jenuh (saturasi), temperature dew-point

(Tdp) = temperatur bola basah (Twb) = temperatur bola kering (Tdb). Temperature

dew-point adalah ukuran kalor laten, dan perubahan dari temperature dew-point

menyatakan perubahan kalor laten.

Kelembapan spesifik (w) dinyatakan dengan skala vertikal yang terletak pada

batas kanan dari diagram. Kelembapan relatif (RH) dinyatakan dengan garis yang

ditarik dari sebelah kiri bawah diagram yang kemudian membelok ke arah kanan

atas dengan kelengkungan yang menyerupai garis saturasi (100% RH).

Volume spesifik (SV) adalah kebalikan dari massa jenis dan dinyatakan

dalam volume campuran udara-uap air dalam setiap satu satuan udara kering.

Volume spesifik dinyatakan dengan garis yang ditarik mulai dari sumbu Tdb

kemudian miring tajam ke arah kiri atas, membentuk gradien negatif.

Entalpi atau kandungan kalor total (h) dinyatakan dalam jumlah kalor yang

dikandung oleh setiap satuan massa udara kering. Nilai dari entalpi dapat dilihat di

sepanjang skala yang terdapat digaris saturasi pada sisi sebelah kiri dari

psychrometric chart.


19

Gambar 2.11 Rangka Diagram Psychrometric Chart

(Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/psychrometricchart

Proses yang biasa dilakukan untuk mengkondisikan udara meliputi: (a) proses

pemanasan sensibel (sensible heating), (b) proses pendinginan sensibel (sensible

cooling), (c) proses meningkatkan kelembapan (humidifying), (d) proses penurunan

kelembapan (dehumidifying), (e) proses pemanasan dan menaikan kelembapan

(heating and humidifying), (f) pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling

and dehumidifying), (g) proses pendinginan dan penaikkan kelembapan

(evaporative cooling), (h) proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating

and dehumidifying). Gambar 2.12 menyajikan delapan proses thermodinamika

dasar yang digambarkan dalam psychrometric chart.

Gambar 2.12 Delapan Proses Termodinamika Dasar

(Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/Termodinamikadasar)


20

Proses-proses tersebut adalah:

a. Pemanasan sensibel (OA)

Proses pemanasan sensibel 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 kelembapan spesifik tetap konstan. Namun kelembapan relatif

mengalami penurunan.

b. Pendinginan sensibel (OB)

Proses pendinginan sensibel adalah proses pengambilan kalor sensibel dari

udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan,

terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah dan volume

spesifik, namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Kelembapan spesifik dan

temperatur titik embun tidak terjadi perubahan atau bernilai konstan.

c. Humidifying (OC)

Proses humidifying merupakan proses penambahan kandungan uap air ke

udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi kenaikkan entalpi,

temperatur bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik.

d. Dehumidifying (OD)

Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap air

pada udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi penurunan

entalpi, temperatur bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik.

e. Heating and humidifying (OE)

Pada proses heating and humidifying udara dipanaskan disertai penambahan


21

uap air. Pada proses ini terjadi kenaikkan kelembapan spesifik, entalpi, temperatur

bola basah, temperatur bola kering.

f. Cooling and dehumidifying (OF)

Proses pendinginan dan penurunan kelembapan adalah proses penurunan

kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada proses ini, terjadi

penurunan temperatur bola kering, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun,

dan kelembapan spesifik. Sedangkan kelembapan relatif dapat mengalami

peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya.

g. Evaporative cooling (OG)

Proses evaporative cooling berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan

kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola

kering, temperatur bola basah dan kelembapan spesifik. Pada proses ini, terjadi

penurunan temperatur kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan

temperatur bola basah, titik embun, kelembapan relatif dan kelembapan spesifik.

h. Heating and dehumidifying (OH)

Proses heating and dehumidifying menunjukkan kenaikkan temperatur bola

kering dan penurunan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi

penurunan kelembapan spesifik, entalpi, temperatur bola basah dan kelembapan

relatif, tetapi terjadi peningkatan temperatur bola kering.

2.1.5 Perhitungan pada Psychrometric Chart

Dengan berdasarkan Gambar 2.10, dapat dilakukan perhitungan-perhitungan

(a) pertambahan kandungan uap air (b) laju aliran volume udara (c) laju aliran

massa udara (d) energi kalor sensibel yang dilepaskan udara (e) efektivitas


22

pendinginan cooling pad

a. Pertambahan kandungan uap air

Pertambahan kandungan uap air pada proses evaporative cooling dapat

dihitung dengan Persamaan (2.1) :

∆w = wA – wB.......................................................................................(2.1)

Pada Persamaan (2.1) :

wA : kelembapan spesifik udara masuk ke cooling pad (kgair/kgudara).

wB : kelembapan spesifik udara keluar dari cooling pad (kgair/kgudara).

Δw : pertambahan kandungan uap air pada udara (kgair/kgudara).

b. Laju aliran volume udara (Qudara)

Laju aliran volume udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.2):

Qudara = V x A .......................................................................................(2.2)


Qudara : debit aliran udara (m3/s)

V : kecepatan rerata aliran udara (m/s)

A : luas penampang (m2)

c. Laju aliran massa udara (ṁudara)

Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.3):

ṁudara = V x A

S𝑉 …..........................................................................................(2.3)


ṁudara: laju aliran massa udara (kgudara/s)

V : kecepatan aliran udara (m/s)


23

A : luas penampang (m2)

SV : Volume spesifik udara di titik A (m3/kg)

d. Energi kalor sensibel yang dilepaskan udara (Qout)

Energi kalor sensibel yang dilepaskan udara yang terjadi pada proses

evaporative cooling dapat dicari dengan Persamaan (2.4)

Qout = ṁudara x (HA – HC)................................................................................(2.4)


Qout : energi kalor sensibel yang dilepas udara, (kJ/s)

ṁudara : laju aliran massa udara (kgudara/s)

HA : entalpi udara di titik A (kJ/kgudara)

HC : entalpi udara di titik C (kJ/kgudara)

e. Efektivitas pendinginan cooling pad (є)

Efektivitas pendinginan cooling pad dinyatakan dengan perbandingan antara

besarnya penurunan suhu udara kering yang dicapai dengan besarnya maksimum

penurunan suhu udara yang mungkin dicapai, dinyatakan dengan Persamaan (2.5)

Є =∆Taktual

∆Tmaksimum=

TdbA−TdbB

TdbA−Twb ...................................................................(2.5)

Є : Efektivitas pendinginan cooling pad

TdbA : suhu udara kering di titik A (oC)

TdbB : suhu udara kering di titik B (oC)

Twb : suhu udara basah (oC)


24

2.2 Tinjauan Pustaka

Gerardus (2019) telah melakukan penelitian tentang air cooler yang bertujuan

(a) merancang dan merakit air cooler dengan daya listrik rendah (b) untuk

mengetahui pengaruh kecepatan putaran kipas terhadap kondisi udara sekitar.

Penelitian dilakukan secara eksperimen. Hasil dari penelitian adalah (a) air cooler

dengan mempergunakan sistem evaporative cooling yang dilengkapi dengan

cooling pad berhasil dirakit dan dapat bekerja sesuai fungsinya (b) semakin tinggi

putaran kipas yang digunakan, maka semakin tinggi suhu udara kering yang

dihasilkan.

Anastasia (2016) telah melakukan penelitian tentang air cooler yang

bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan udara terhadap efisiensi dalam

beberapa kondisi air cooler. Penelitian dilakukan secara eksperimen dengan

melakukan berbagai variasi penelitian. Hasil dari penelitian adalah efisiensi terbaik

yang dihasilkan oleh variasi cooling pad sponge adalah menggunakan balok es

yaitu sebesar 97,37%.

Yohanes (2016) telah melakukan penelitian tentang air cooler yang bertujuan

untuk mengetahui pengaruh kondisi udara terhadap efisiensi air cooler. Penelitian

dilakukan secara eksperimen dengan melakukan berbagai variasi penelitian.

Penelitian memberikan efisiensi terbaik pada air cooler yang menggunakan air

ditambah dengan 2 liter balok es, dengan bahan cooling pad dari serabut kelapa.

Raymundus (2015) telah melakukan penelitian tentang air cooler yang

bertujuan (a) merancang dan merakit air cooler dengan tiga kecepatan udara (b)

untuk mengetahui pengaruh variasi cooling pad terhadap efisiensi air cooler.


25

Penelitian dilakukan secara eksperimen. Hasil dari penelitian adalah (a) air cooler

dibuat dengan baik, sehingga dapat bersaing dengan air cooler yang ada di pasaran

(b) hasil efisiensi terbaik dari semua penelitian air cooler adalah menggunakan

cooling pad honey comb dengan cooling pad sponge dan cairan pendingin air es

sebesar 70,20 %.

Ekadewi, Fandi, Selrianus (2007) telah melakukan penelitian air cooler yang

bertujuan (a) untuk mengetahui pengaruh kecepatan aliran udara terhadap

efektivitas air cooler (b) untuk mengetahui pengaruh temperatur bola kering udara

masuk terhadap efektivitas air cooler. Penelitian dilakukan secara eksperimen.

Hasil dari penelitian adalah (a) aliran udara dengan kecepatan rendah menghasilkan

efektivitas lebih tinggi (b) semakin tinggi temperatur bola kering dan semakin

rendah RH udara masuk maka, semakin tinggi efektivitas evaporative cooler.


26

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Pada penelitian ini, objek yang diteliti adalah mesin penyejuk udara (air

cooler) dengan daya listrik rendah. Alat yang digunakan ini memiliki daya total 160

watt dan ukuran panjang 120 cm, lebar 56 cm, tinggi 73 cm. Gambar 3.1 menyajikan

skematik air cooler.

Gambar 3.1 Skematik Air Cooler

3.2 Alur Penelitian

Alur penelitian mesin penyejuk udara (air cooler) yang dilakukan disajikan

dalam Gambar 3.2.


27

Gambar 3.2 Alur Penelitian Air Cooler


28

3.3 Variasi Penelitian

Penelitian dilakukan dengan memvariasikan kecepatan udara dan jumlah

cooling pad yang dipergunakan di dalam air cooler :

1. Kecepatan udara 2,5 m/s dengan empat cooling pad dan enam cooling pad



3.4 Metode Penelitian

Metode penelitian dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Perpindahan

Kalor, Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

3.5 Alat dan Bahan yang digunakan

Pembuatan mesin air cooler yang sederhana ini diperlukan beberapa alat dan

bahan.

3.5.1 Alat ukur yang digunakan

Dalam pengambilan data pada penelitian ini, diperlukan alat ukur yang

digunakan untuk pengambilan data sebagai berikut :

a. Termokopel dan APPA

Termokopel dan APPA berfungsi untuk mengukur suhu udara sekitar dan

suhu udara output yang dihasilkan air cooler pada saat pengambilan data. Gambar

3.9 menyajikan termokopel dan APPA yang digunakan dalam pengambilan data.


29

Gambar 3.3 Termokopel dan APPA

b. Higrometer

Higrometer berfungsi untuk mengetahui kelembaban udara. Didalam

higrometer terdapat temperatur bola kering dan temperatur bola basah yang

berfungsi untuk mengukur suhu udara kering serta suhu udara basah. Gambar 3.11

merupakan higrometer yang digunakan dalam pengambilan data. Bila suhu udara

kering dan suhu udara basah diketahui, maka kelembapan udara dapat ditentukan.

Gambar 3.4 Higrometer

c. Anemometer

Anemometer berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin yang masuk

melalui kipas. Gambar 3.12 merupakan anemometer yang digunakan dalam

pengambilan data.


30

Gambar 3.5 Anemometer

3.5.2 Spesifikasi Komponen-Komponen Air Cooler

Dalam penelitian ini, komponen yang digunakan untuk melengkapi kinerja

alat ini adalah : (a) kipas (b) cooling pad (c) pompa submersible (d) bak penampung

air bawah (e) bak penampung air atas.

a. Kipas

Kipas merupakan alat yang digunakan untuk mengalirkan udara ke dalam air

cooler lalu melewati cooling pad dan keluar melalui output. Gambar 3.21

menyajikan gambar kipas.

Spesifikasi kipas yang digunakan :

• Jumlah sudu : 3 sudu

• Daya kipas : 100 W

• Diameter kipas : 50,8 cm

• Diameter sudu : 25 cm


31

Gambar 3.6 Kipas

b. Cooling pad

Cooling pad merupakan yang digunakan untuk proses evaporative cooling

dan sebagai media pendingin pada air cooler. Gambar 3.22 menyajikan gambar

cooling pad yang terbuat dari bahan marlon.

Spesifikasi cooling pad yang digunakan :

• Ukuran : 49 cm x 4 cm x 49 cm

• Bahan cooling pad : berbahan marlon

• Jumlah cooling pad yang digunakan : total 6 cooling pad

• ∆x : 1,5 cm

• ∆y : 1,5 cm

• Jumlah baris benang vertikal : 19

• Jumlah baris horizontal : 21

• Diameter : 0,5 cm


32

Gambar 3.7 Cooling Pad

c. Pompa submersible

Pompa submersible berfungsi untuk mensirkulasikan air yang ada di

penampungan air di bawah menuju ke penampungan air yang ada di bagian atas.

Gambar 3.23 menyajikan gambar pompa submersible.

Spesifikasi pompa submersible :

• Daya pompa : 60 W

• Tegangan listrik/frekuensi : 220 V/50 Hz

• Qmax : 0,349 lt/s

• Hmax : 3,0 m

• Ukuran : 17 cm


33

Gambar 3.8 Pompa Submersible

d. Bak penampung air bawah

Bak penampung air bawah digunakan untuk menampung air di bagian bawah

yang akan disikulasikan menggunakan pompa. Jumlah bak penampung air yang

digunakan yaitu 1 buah dengan ukuran 110 cm, lebar 48 cm, dan tinggi 5 cm.

Gambar 3.24 menyajikan gambar bak penampung bawah.

Gambar 3.9 Bak Penampung Bawah

e. Bak penampung air atas

Bak penampung air bawah digunakan untuk menampung air di bagian atas

yang akan turun ke bak penampung air bawah melewati cooling pad. Jumlah bak

penampung air yang digunakan yaitu 2 buah dengan ukuran panjang 34 cm, lebar

31 cm, dan tinggi 32,5 cm. Jarak antar lubang pada bak ini adalah 2 cm dan diameter

lubang adalah 2 mm. Jumlah lubang baris vertikal adalah 14 dan jumlah lubang

baris horizontal adalah 21. Gambar 3.25 menyajikan gambar bak penampung atas


34

Gambar 3.10 Bak Penampung Atas

3.6 Proses Pembuatan Mesin Air Cooler

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin air cooler, sebagai

berikut :

a. Merancang skema mesin air cooler.

b. Membuat kerangka mesin dengan menggunakan triplek berukuran 8 mm

sesuai ukuran yang ditentukan.

c. Melapisi kerangka dalam mesin air cooler dengan plastik mika, agar dinding-

dinding mesin tidak basah.

d. Membuat lubang berbentuk kotak dibagian atas alat untuk memasukkan bak

pencurah air atau bak penampung air bagian atas.

e. Memasang bak pencurah air di atas mesin.

f. Melubangi bak pencurah air dengan jarak 2 cm dan diameter 2 mm.

g. Membuat bak penampungan air bagian bawah menggunakan papan kayu.

h. Melapisi bak penampungan air bagian bawah dengan plastik mika, agar bak

tidak bocor.

i. Memasang cooling pad jenis marlon di dalam mesin air cooler.

j. Memasang selang, pompa air, dan kipas.


35

3.7 Cara Pengambilan Data

Pengambilan data pada penelitian mesin air cooler ini didasarkan pada apa

yang ditampilkan pada alat ukur yang digunakan pada penelitian ini. Langkah-

langkah yang dilakukan untuk memperoleh data penelitian alat ini adalah :

a. Mengkalibrasi APPA, termokopel, higrometer, dan anemometer.

b. Memasang cooling pad jenis marlon.

c. Mengisi bak penampung air bagian bawah.

d. Memasang pompa dan selang yang sudah ditentukan.

e. Memasang bak penampung bagian atas.

f. Menyiapkan termokopel, APPA, higrometer, dan anemometer yang sudah

dikalibrasi.

g. Mengukur kondisi udara sekitar sebelum memulai pengamatan dengan tujuan

untuk mengetahui suhu udara sebelum masuk ke dalam mesin air cooler.

h. Menyalakan mesin air cooler

i. Mengukur kecepatan udara yang masuk dengan menggunakan alat

anemometer.

j. Menyalakan kipas dan memeriksa kipas bekerja dengan baik.

k. Mengatur alat sesuai variasi yang akan diamati.

l. Mengatur stopwatch sesuai dengan waktu yang dibutuhkan.

m. Setelah semua alat bekerja dengan baik, dan stabil maka dapat dilakukan

pengambilan data dengan mencatat data-data penelitian.


36

3.8 Cara Memperoleh Data

Data-data penelitian yang diperoleh dari nilai-nilai yang ditetapkan oleh alat

ukur dengan menggunakan 4 cooling pad dan 6 cooling pad disetiap kecepatan

udara 2,5 m/s, 2,6 m/s, 2,7 m/s.

Tabel 3.1 Data penelitian 4 cooling pad dan 6 cooling pad

Kecepatan Udara 2,5 m/s

Menit

(t)

Kondisi Udara masuk Kondisi udara keluar Vudara

(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10

20

30

40

50



Menit

(t)


(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10

20

30

40

50



Menit

(t)


(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10

20

30

40

50


37

BAB IV

HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Hasil penelitian data pada saat pengujian mesin penyejuk udara dengan daya

listrik rendah (air cooler) yang meliputi : temperatur bola kering udara masuk

(TdbA), tempertaur bola basah udara masuk (Twb), kelembaban relatif udara masuk

(RHin), temperatur bola kering udara keluar (TdbB), temperatur bola basah udara

keluar (Twb) dan kelembaban relatif udara keluar (RHout). Ada 3 variasi kecepatan

udara dengan 2 variasi jumlah sekat : (1) 4 cooling pad dengan kecepatan udara 2,5

m/s (2) 4 cooling pad dengan kecepatan udara 2,6 m/s (3) 4 cooling pad dengan

kecepatan udara 2,7 m/s (4) 6 cooling pad dengan kecepatan udara 2,5 m/s (5) 6

cooling pad dengan kecepatan udara 2,6 m/s (6) 6 cooling pad dengan kecepatan

udara 2,7 m/s. Setelah itu, data penelitian akan dianalisa pada psychrometric chart.

Hasil rata-rata setiap variasi ditampilkan pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.6.

Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian 4 Cooling Pad dengan Kecepatan Udara 2,5 m/s


Menit

(t)


(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10 30,9 24 26,5 24 2,5

20 30,9 24 26,4 24 2,5

30 30,9 24 26,4 24 2,5

40 30,9 24 26,3 24 2,5

50 30,9 24 26,2 24 2,5


38



Menit

(t)


(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10 30,9 24 26,9 24 2,6

20 30,9 24 26,8 24 2,6

30 30,9 24 26,7 24 2,6

40 30,9 24 26,6 24 2,6

50 30,9 24 26,6 24 2,6



Menit

(t)

Kondisi udara masuk Kondisi udara keluar Vudara

(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10 30,9 24 27,1 24 2,7

20 30,9 24 27,1 24 2,7

30 30,9 24 27,0 24 2,7

40 30,9 24 26,9 24 2,7

50 30,9 24 26,9 24 2,7



Menit

(t)


(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10 30,9 24 25,3 24 2,5

20 30,9 24 25,3 24 2,5

30 30,9 24 25,2 24 2,5

40 30,9 24 25,1 24 2,5

50 30,9 24 25,1 24 2,5


39



Menit

(t)


(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10 30,9 24 25,4 24 2,6

20 30,9 24 25,4 24 2,6

30 30,9 24 25,3 24 2,6

40 30,9 24 25,3 24 2,6

50 30,9 24 25,3 24 2,6



Menit

(t)


(m/s) TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

10 30,9 24 25,7 24 2,7

20 30,9 24 25,6 24 2,7

30 30,9 24 25,6 24 2,7

40 30,9 24 25,5 24 2,7

50 30,9 24 25,5 24 2,7

4.2 Psychrometric chart

Psychrometric chart adalah gambaran dari sifat-sifat termodinamika dari

udara basah dan variasi proses sistem penyegaran udara dan siklus sistem

penyegaran udara. Psychrometric chart dapat membantu dalam perhitungan dan

menganalisis kerja dan perpindahan energi dari proses dan siklus sistem penyegaran

udara. Psychrometric chart digunakan untuk menganalisa proses pengaruh jumlah

cooling pad berbahan marlon terhadap kondisi udara yang dihasilkan pada air

cooler. Dalam gambar psychrometric chart, ada beberapa data yang diperlukan dari

data penelitian, yaitu temperatur bola kering udara masuk (TdbA), temperatur bola

kering udara keluar (TdbB), temperatur bola basah (Twb).


40

Tabel 4.7 Hasil Penelitian 4 Cooling Pad dengan kecepatan udara 2,5 m/s

NO Menit

Titik A Titik B

TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

wA

(kgair /

kgudara)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

wB

(kgair /

kgudara)

1 10 30,9 24 0,0165 26,5 24 0,0180

2 20 30,9 24 0,0165 26,4 24 0,0180

3 30 30,9 24 0,0165 26,4 24 0,0180

4 40 30,9 24 0,0165 26,3 24 0,0181

5 50 30,9 24 0,0165 26,2 24 0,0181


NO Menit

Titik A Titik B

TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

wA

(kgair /

kgudara)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

wB

(kgair /

kgudara)

1 10 30,9 24 0,0165 26,9 24 0,0179

2 20 30,9 24 0,0165 26,8 24 0,0179

3 30 30,9 24 0,0165 26,7 24 0,0180

4 40 30,9 24 0,0165 26,6 24 0,0180

5 50 30,9 24 0,0165 26,6 24 0,0180


NO Menit

Titik A Titik B

TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

wA

(kgair /

kgudara)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

wB

(kgair /

kgudara)

1 10 30,9 24 0,0165 27,1 24 0,0178

2 20 30,9 24 0,0165 27,1 24 0,0178

3 30 30,9 24 0,0165 27,0 24 0,0179

4 40 30,9 24 0,0165 26,9 24 0,0179

5 50 30,9 24 0,0165 26,9 24 0,0179


41


NO Menit

Titik A Titik B

TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

wA

(kgair /

kgudara)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

wB

(kgair /

kgudara)

1 10 30,9 24 0,0165 25,3 24 0,0184

2 20 30,9 24 0,0165 25,3 24 0,0184

3 30 30,9 24 0,0165 25,2 24 0,0185

4 40 30,9 24 0,0165 25,1 24 0,0185

5 50 30,9 24 0,0165 25,1 24 0,0185


NO Menit

Titik A Titik B

TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

wA

(kgair /

kgudara)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

wB

(kgair /

kgudara)

1 10 30,9 24 0,0165 25,4 24 0,0183

2 20 30,9 24 0,0165 25,4 24 0,0183

3 30 30,9 24 0,0165 25,3 24 0,0184

4 40 30,9 24 0,0165 25,3 24 0,0184

5 50 30,9 24 0,0165 25,3 24 0,0184


NO Menit

Titik A Titik B

TdbA

(°C)

TwbA

(°C)

wA

(kgair /

kgudara)

TdbB

(°C)

TwbB

(°C)

wB

(kgair /

kgudara)

1 10 30,9 24 0,0165 25,7 24 0,0182

2 20 30,9 24 0,0165 25,6 24 0,0182

3 30 30,9 24 0,0165 25,6 24 0,0182

4 40 30,9 24 0,0165 25,5 24 0,0183

5 50 30,9 24 0,0165 25,5 24 0,0183


42

Gambar 4.1 Proses Evaporative Cooling pada Kecepatan Udara 2,5 m/s dengan 4

Cooling Pad


Cooling Pad


43


Cooling Pad


Cooling Pad


44


Cooling Pad


Cooling Pad


45

Pada psychrometric chart terdapat perhitungan yang dilakukan yaitu

pertambahan kandungan uap air (∆w), laju aliran volume udara (Qudara), laju aliran

massa udara (ṁudara), energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout), efektivitas

pendinginan cooling pad (Є).

a. Pertambahan kandungan uap air (∆w)

Pertambahan kandungan uap air di dalam udara pada proses evaporative

cooling dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.1). Perhitungan

pertambahan kandungan uap air di dalam udara (Δw) untuk 4 cooling pad dengan

kecepatan udara 2,5 m/s adalah sebagai berikut :

∆w = wB - wA

= (0,0181 – 0,0165) kgair/kgudara

= 0,0016 kgair/kgudara

Perhitungan pertambahan kandungan uap air di dalam udara (Δw) untuk 4

cooling pad dengan kecepatan udara 2,6 m/s adalah sebagai berikut :

∆w = wB - wA

= (0,0180 – 0,0165) kgair/kgudara




∆w = wB - wA

= (0,0179 – 0,0165) kgair/kgudara




46


∆w = wB - wA

= (0,0185 – 0,0165) kgair/kgudara




∆w = wB - wA

= (0,0184 – 0,0165) kgair/kgudara




∆w = wB - wA

= (0,0183 – 0,0165) kgair/kgudara


Tabel 4.13 Data hasil perhitungan ∆w

Cooling

Pad

Variasi

penelitian

wA

(kgair /

kgudara)

wB

(kgair /

kgudara)

∆w

(kgair /

kgudara)

RHA

(%)

RHB

(%)

4

2,5 m/s 0,0165 0,0181 0,0016 57 81

2,6 m/s 0,0165 0,0180 0,0015 57 79

2,7 m/s 0,0165 0,0179 0,0014 57 77

6

2,5 m/s 0,0165 0,0185 0,0020 57 88

2,6 m/s 0,0165 0,0184 0,0019 57 86

2,7 m/s 0,0165 0,0183 0,0018 57 84


47

b Perhitungan laju aliran volume udara (Qudara)

Laju aliran volume udara yang didinginkan (Qudara) dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan (2.2). Perhitungan laju aliran volume udara (Qudara) untuk

4 cooling pad dan 6 cooling pad dengan laju aliran udara 2,5 m/s, adalah sebagai

berikut :

Qudara = V x A

= V x (p x l) m2

= 2,5 m/s x (0,4000000 x 0,3500000) m2

= 0,350 m3/s

Perhitungan laju aliran volume udara (Qudara) untuk 4 cooling pad dan 6

cooling pad dengan laju aliran udara 2,6 m/s, adalah sebagai berikut :

Qudara = V x A

= V x (p x l) m2

= 2,6 m/s x (0,4000000 x 0,3500000) m2

= 0,364 m3/s

Perhitungan laju aliran volume udara (Qudara) untuk 4 cooling pad dan 6

cooling pad dengan laju aliran udara 2,7 m/s, adalah sebagai berikut :

Qudara = V x A

= V x (p x l) m2

= 2,7 m/s x (0,4000000 x 0,3500000) m2

= 0,378 m3/s

c. Perhitungan laju aliran massa udara (ṁudara)

Laju aliran massa udara yang didinginkan (ṁudara) dapat dihitung dengan


48

persamaan (2.3). Perhitungan laju aliran massa udara (ṁudara) untuk 4 cooling pad

dan 6 cooling pad dengan laju aliran udara 2,5 m/s adalah sebagai berikut :

ṁudara = V x A

S𝑉

= 0,35

0,884

ṁudara = 0,4146 kgudara/s

Perhitungan laju aliran massa udara (ṁudara) untuk 4 cooling pad dan 6 cooling

pad dengan laju aliran udara 2,6 m/s adalah sebagai berikut :

ṁudara = V x A

𝑆𝑉

= 0,364

0,884


Perhitungan laju aliran massa udara (ṁudara) untuk 4 cooling pad dan 6 cooling

pad dengan laju aliran udara 2,7 m/s adalah sebagai berikut :

ṁudara = V x A

SV

= 0,378

0,884


Tabel 4.14 Data hasil perhitungan Qudara dan ṁudara

Cooling

Pad

Variasi

penelitian

A

(m2)

V

(m3/kg)

SV

(m3/kg)

Qudara

(m3/s)

ṁudara

(kgudara/s)

4 dan 6

2,5 m/s 0,14 2,5 0,884 0,350 0,3959

2,6 m/s 0,14 2,6 0,884 0,364 0,4117

2,7 m/s 0,14 2,7 0,884 0,378 0,4276

d. Perhitungan energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout)

Energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout) dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan (2.4). Perhitungan energi kalor sensibel yang dilepas


49

udara (Qout) untuk 4 cooling pad dengan kecepatan udara 2,5 m/s adalah sebagai

berikut :

Qout = ṁudara x (HA – HC)

= 0,3959 kgudara/s x (73 – 68,5) kJ/kgudara

= 0,4146 kgudara/s x (4,5) kJ/kgudara

= 1,8657 kJ/s

Perhitungan energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout) untuk 4 cooling

pad dengan kecepatan udara 2,6 m/s adalah sebagai berikut :


= 0,4117 kgudara/s x (73 – 69) kJ/kgudara

= 0,4117 kgudara/s x (4) kJ/kgudara

= 1,7248 kJ/s




= 0,4276 kgudara/s x (73– 69,5) kJ/kgudara


= 1,5673 kJ/s






= 2,4876 kJ/s


50




= 0,4117 kgudara/s x (73 – 67,5) kJ/kgudara


= 2,3716 kJ/s






= 2,2390 kJ/s

Tabel 4.15 Data hasil perhitungan Qout

Cooling

pad

Variasi

Penelitian

ṁudara

(kgudara/s)

HA

(kJ/kgudara)

HC

(kJ/kgudara)

Qout

(kJ/s)

4

2,5 m/s 0,3959 73 68,5 1,7815

2,6 m/s 0,4117 73 69,0 1,6468

2,7 m/s 0,4276 73 69,5 1,4409

6

2,5 m/s 0,3959 73 67,0 2,3754

2,6 m/s 0,4117 73 67,5 2,2643

2,7 m/s 0,4276 73 68,0 2,1380

e. Perhitungan efektivitas pendinginan cooling pad (є)

Efektivitas pendinginan cooling pad (є) dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.5). Perhitungan efektivitas pendinginan untuk 4 cooling pad pada

kecepatan udara 2,5 m/s adalah sebagai berikut :

Є =∆Taktual

∆Tmaksimum=

TdbA − TdbB

TdbA − Twb


51

Є = (30,9 − 26,2)°C

(30,9−24)°C

Є = 4,7°C

6,9°C

Є = 0,68

Perhitungan efektivitas pendinginan untuk 4 cooling pad pada kecepatan

udara 2,6 m/s adalah sebagai berikut :

Є =∆Taktual

∆Tmaksimum=

TdbA − TdbB

TdbA − Twb

Є = (30,9 − 26,6)°C

(30,9−24)°C

Є = 4,3°C

6,9°C

Є = 0,62



Є =∆Taktual

∆Tmaksimum=

TdbA − TdbB

TdbA − Twb

Є = (30,9 − 26,9)°C

(30,9−24)°C

Є = 4°C

6,9°C

Є = 0,57


52



Є =∆Taktual

∆Tmaksimum=

TdbA − TdbB

TdbA − Twb

Є = (30,9−25,1)°C

(30,9−24)°C

Є = 5,8°C

6,9°C

Є = 0,84



Є =∆Taktual

∆Tmaksimum=

TdbA − TdbB

TdbA − Twb

Є = (30,9−25,3)°C

(30,9−24)°C

Є = 5,6°C

6,9°C

Є = 0,81



Є =∆Taktual

∆Tmaksimum=

TdbA − TdbB

TdbA − Twb

Є = (30,9 − 25,5)°C

(30,9−24)°C


53

Є = 5,4°C

6,9°C

Є = 0,78

Tabel 4.16 Data hasil perhitungan Efektivitas (Є)

Cooling

Pad

Variasi

Penelitian

TdbA

(°C)

TdbB

(°C)

Twb

(°C) Є

4

2,5 m/s 30,9 26,2 24 0,68

2,6 m/s 30,9 26,6 24 0,62

2,7 m/s 30,9 26,9 24 0,57

6

2,5 m/s 30,9 25,1 24 0,84

2,6 m/s 30,9 25,3 24 0,81

2,7 m/s 30,9 25,5 24 0,78

4.3 Pembahasan

Mesin penyejuk udara dengan daya listrik rendah (air cooler) yang

mempergunakan sistem evaporative cooling berhasil dirakit dan mesin dapat

bekerja sesuai fungsinya. Kondisi udara memiliki kelembapan relatif sekitar 57%

sebelum melewati cooling pad kemudian meningkat menjadi sekitar 81% setelah

melewati cooling pad untuk kecepatan udara 2,5 m/s dengan 4 cooling pad.

Kelembapan relatif sekitar 57% sebelum melewati cooling pad kemudian

meningkat 79% setelah melewati cooling pad untuk kecepatan udara 2,6 m/s

dengan 4 cooling pad. Kelembapan relatif sekitar 57% sebelum melewati cooling

pad kemudian meningkat menjadi 77% setelah melewati cooling pad untuk

kecepatan udara 2,7 m/s dengan 4 cooling pad. Kondisi udara memiliki kelembapan

relatif sekitar 57% sebelum melewati cooling pad kemudian meningkat menjadi

88% setelah melewati cooling pad untuk kecepatan udara 2,5 m/s dengan 6 cooling

pad. Kelembapan relatif sekitar 57% sebelum melewati cooling pad kemudian

meningkat menjadi 86% setelah melewati cooling pad untuk kecepatan udara 2,6


54

m/s dengan 6 cooling pad. Kelembapan relatif sekitar 57% sebelum melewati

cooling pad kemudian meningkat menjadi 84% setelah melewati cooling pad untuk

kecepatan udara 2,7 m/s dengan 6 cooling pad.

Gambar 4.7 Suhu udara bola kering yang dihasilkan air cooler untuk berbagai

macam kecepatan udara dengan 4 cooling pad

Dari Gambar 4.7 dapat diperoleh informasi, semakin besar kecepatan udara

maka temperatur yang dihasilkan akan semakin tinggi hal tersebut dikarenakan

semakin besar kecepatan udara maka semakin cepat udara melewati cooling pad

jadi proses penguapan yang terjadi di cooling pad akan kurang merata membuat

temperatur yang dihasilkan akan semakin tinggi. Dapat dilihat pada kecepatan

udara 2,5 m/s suhu 30,9°C (TdbA) setelah melewati proses evaporative cooling turun

menjadi 26,2°C (TdbB), pada kecepatan udara 2,6 m/s suhu 30,9°C (TdbA) setelah

melewati proses evaporative cooling turun menjadi 26,6°C (TdbB), pada kecepatan

udara 2,7 m/s suhu 30,9°C (TdbA) setelah melewati proses evaporative cooling

turun menjadi 26,9°C (TdbB).

30,9 30,9 30,9

26,2 26,6 26,9

0

5

10

15

20

25

30

35

2,5 m/s 2,6 m/s 2,7 m/s

Td

b(°

C)

Kecepatan udara (m/s)

Suhu udara kering di titik A Suhu udara kering di titik B


55

Gambar 4.8 Suhu udara bola kering yang dihasilkan air cooler untuk berbagai

macam kecepatan udara dengan 6 cooling pad

Dari Gambar 4.8 dapat diperoleh informasi, semakin besar kecepatan udara

maka temperatur yang dihasilkan akan semakin tinggi hal tersebut dikarenakan

semakin besar kecepatan udara maka semakin cepat udara melewati cooling pad

jadi proses penguapan yang terjadi di cooling pad akan kurang merata membuat

temperatur yang dihasilkan akan semakin tinggi. pada kecepatan udara 2,5 m/s suhu

30,9°C (TdbA) setelah melewati proses evaporative cooling turun menjadi 25,1°C

(TdbB), pada kecepatan udara 2,6 m/s suhu 30,9°C (TdbA) setelah melewati proses

evaporative cooling turun menjadi 25,3°C (TdbB), pada kecepatan udara 2,7 m/s

suhu 30,9°C (TdbA) setelah melewati proses evaporative cooling turun menjadi

25,5°C (TdbB).

Dari Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 dapat dilihat perbandingan pada jumlah

cooling pad (4 cooling pad dan 6 cooling pad), semakin banyak jumlah cooling pad

maka temperatur yang dihasilkan akan semakin rendah. Suhu semakin rendah

dikarenakan semakin banyak penguapan yang terjadi di cooling pad maka suhu

30,9 30,9 30,9

25,1 25,3 25,5

0

5

10

15

20

25

30

35

2,5 m/s 2,6 m/s 2,7 m/s

Td

b(°

C)


Suhu udara kering di titik A Suhu udara kering di titik B


56

udara yang dihasilkan akan semakin turun tetapi menurunnya tidak dapat melebihi

temperatur bola basah (Twb) karena temperatur bola basah merupakan temperatur

maksimal yang dapat diturunan oleh air cooler.

Gambar 4.9 Pertambahan kandungan uap air di dalam udara (∆w) untuk 4 cooling

pad dengan berbagai kecepatan udara

Dari Gambar 4.9 dapat diperoleh informasi, pada kecepatan udara 2,5 m/s

dengan 4 cooling pad pertambahan kandungan uap air di dalam udara (∆w) sebesar

0,0016 kgair/kgudara, untuk kecepatan udara 2,6 m/s dengan 4 cooling pad

pertambahan kandungan uap air di dalam udara (∆w) sebesar 0,0015 kgair/kgudara,

untuk kecepatan udara 2,7 m/s dengan 4 cooling pad pertambahan kandungan uap

air di dalam udara (∆w) sebesar 0,0014 kgair/kgudara. Semakin besar kecepatan udara

maka pertambahan kandungan uap air di dalam udara akan semakin rendah hal

tersebut dikarenakan semakin besar kecepatan udara maka semakin cepat udara

melewati cooling pad jadi proses penguapan yang terjadi di cooling pad akan

kurang merata membuat pertambahan kandungan uap air di dalam udara yang

dihasilkan akan semakin rendah.

0,0016 0,0015 0,0014

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

2,5 m/s 2,6 m/s 2,7 m/s

∆w

(k

gai

r/kg

ud

ara)



57

Gambar 4.10 Pertambahan kandungan uap air di dalam udara (∆w) untuk 6

cooling pad dengan berbagai kecepatan udara


dengan 6 cooling pad pertambahan kandungan uap air di dalam udara (∆w) sebesar

0,0020 kgair/kgudara, untuk kecepatan udara 2,6 m/s dengan 6 cooling pad

pertambahan kandungan uap air didalam udara (∆w) sebesar 0,0019 kgair/kgudara,

untuk kecepatan udara 2,7 m/s dengan 6 cooling pad pertambahan kandungan uap

air di dalam udara (∆w) sebesar 0,0018 kgair/kgudara. Semakin besar kecepatan udara

maka pertambahan kandungan uap air di dalam udara akan semakin rendah hal

tersebut dikarenakan semakin besar kecepatan udara maka semakin cepat udara

melewati cooling pad jadi proses penguapan yang terjadi di cooling pad akan

kurang merata membuat pertambahan kandungan uap air di dalam udara yang

dihasilkan akan semakin rendah.


cooling pad (4 cooling pad dan 6 cooling pad), semakin banyak cooling pad yang

digunakan maka kandungan uap airnya akan semakin besar. Kandungan uap air

0,00200,0019

0,0018

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

2,5 m/s 2,6 m/s 2,7 m/s

∆w

(k

gai

r/kg

ud

ara)



58

semakin besar dikarenakan semakin banyak penguapan yang terjadi di cooling pad

jika penguapan yang terjadi di cooling pad semakin banyak maka pertambahan

kandungan uap air di dalam udara akan semakin banyak.

Gambar 4.11 Energi kalor yang dilepas udara (Qout) untuk berbagai macam

kecepatan udara dengan 4 cooling pad


dengan 4 cooling pad energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout) sebesar 1,7815

kJ/s, untuk kecepatan udara 2,6 m/s dengan 4 cooling pad energi kalor sensibel

yang dilepas udara sebesar 1,6468 kJ/s, untuk kecepatan udara 2,7 m/s dengan 4

cooling pad energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout) sebesar 1,4409 kJ/s.

Semakin besar kecepatan udara maka energi kalor yang dilepas udara akan semakin

rendah hal tersebut dikarenakan semakin besar kecepatan udara maka semakin

cepat udara melewati cooling pad jadi proses penguapan yang terjadi di cooling pad

akan kurang merata membuat energi kalor yang dilepas udara yang dihasilkan akan

semakin rendah.

1,78151,6468

1,4409

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

2,5 m/s 2,6 m/s 2,7 m/s

Qo

ut(k

J/s

)



59

Gambar 4.12 Energi kalor yang dilepas udara (Qout) untuk berbagai macam



dengan 6 cooling pad energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout) sebesar 2,3754

kJ/s, untuk kecepatan udara 2,6 m/s dengan 6 cooling pad energi kalor sensibel

yang dilepas udara sebesar 2,2643 kJ/s, untuk kecepatan udara 2,7 m/s dengan 6

cooling pad energi kalor sensibel yang dilepas udara (Qout) sebesar 2,1380 kJ/s.

Semakin besar kecepatan udara maka energi kalor yang dilepas udara akan semakin

rendah hal tersebut dikarenakan semakin besar kecepatan udara maka semakin

cepat udara melewati cooling pad jadi proses penguapan yang terjadi di cooling pad

akan kurang merata membuat energi kalor yang dilepas udara yang dihasilkan akan

semakin rendah.



digunakan maka semakin tinggi energi kalor sensibel (Qout) yang dilepas udara, hal

tersebut dikarenakan semakin banyak penguapan yang terjadi di cooling pad maka

2,3754 2,26432,1380

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

2,5 m/s 2,6 m/s 2,7 m/s

Qo

ut(k

J/s

)



60

energi kalor sensibel (Qout) yang dilepas udara akan semakin tinggi.

Gambar 4.13 Efektivitas pendinginan cooling pad untuk berbagai macam


Dari Gambar 4.13 dapat diperoleh informasi, pada data menggunakan 4

cooling pad dengan kecepatan udara 2,5 m/s efektivitas yang dihasilkan sebesar

0,68, untuk kecepatan udara 2,6 m/s efektivitas yang dihasilkan sebesar 0,62, untuk

kecepatan udara 2,7 m/s efektivitas yang dihasilkan sebesar 0,57. Semakin besar

kecepatan udara maka efektivitas yang dihasilkan akan semakin rendah hal tersebut

dikarenakan semakin besar kecepatan udara maka semakin cepat udara melewati

cooling pad jadi proses penguapan yang terjadi di cooling pad akan kurang merata

membuat energi kalor yang dilepas udara yang dihasilkan akan semakin rendah.

0,680,62

0,57

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

2,5 m/s 2,6 m/s 2,7 m/s

Efe

kti

vit

as (

Є)



61

Gambar 4.14 Efektivitas pendinginan cooling pad untuk berbagai macam


Dari Gambar 4.14 dapat diperoleh informasi, pada data menggunakan 6

cooling pad dengan kecepatan udara 2,5 m/s efektivitas yang dihasilkan sebesar

0,84, untuk kecepatan udara 2,6 m/s efektivitas yang dihasilkan sebesar 0,81, untuk

kecepatan udara 2,7 m/s efektivitas yang dihasilkan sebesar 0,78. Semakin besar

kecepatan udara maka efektivitas yang dihasilkan akan semakin rendah hal tersebut

dikarenakan semakin besar kecepatan udara maka semakin cepat udara melewati

cooling pad jadi proses penguapan yang terjadi di cooling pad akan kurang merata

membuat energi kalor yang dilepas udara yang dihasilkan akan semakin rendah.



digunakan maka semakin tinggi efektivitas pendinginan cooling pad yang

dihasilkan. Semakin tingginya nilai efektivitas dikarenakan semakin banyak

penguapan yang terjadi di cooling pad.

0,840,81

0,78

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

2,5 m/s 2,6 m/s 2,7 m/s

Efe

kti

vit

as (

Є)



62

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, diperoleh beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

a. Mesin penyejuk udara dengan menggunakan daya listrik rendah (air cooler)

yang mempergunakan sistem evaporative cooling berhasil dirakit dan mesin

dapat bekerja sesuai fungsinya.

b. Untuk kecepatan udara dan jumlah cooling pad sangat berpengaruh terhadap

kondisi udara yang dihasilkan air cooler. Semakin besar kecepatan udara

maka suhu udara yang dihasilkan akan semakin tinggi dan semakin banyak

cooling pad maka suhu udara yang dihasilkan akan semakin rendah. Pada 4

cooling pad dengan kecepatan 2,5 m/s suhu udara kering masuk (TdbA)

sebesar : 30,9°C dengan kondisi udara keluar (TdbB) sebesar : 26,2°C, (Twb) :

24°C, RHB : 81%, (∆w) : 0,0016 kgair/kgudara, Qout : 1,7815 kJ/s dan efektivitas

: 0,68. Pada 4 cooling pad dengan kecepatan 2,6 m/s suhu udara kering masuk

(TdbA) sebesar : 30,9°C dengan kondisi udara keluar (TdbB) sebesar : 26,6°C,

(Twb) : 24°C, RHB : 79%, (∆w) : 0,0015 kgair/kgudara, Qout : 1,6468 kJ/s dan

efektivitas : 0,62. Pada 4 cooling pad dengan kecepatan 2,7 m/s suhu udara

kering masuk (TdbA) sebesar : 30,9°C dengan kondisi udara keluar (TdbB)

sebesar : 26,9°C, (Twb) : 24°C, RHB : 77%, (∆w) : 0,0014 kgair/kgudara, Qout :

1,4409 kJ/s dan efektivitas : 0,57. Pada 6 cooling pad dengan kecepatan 2,5

m/s suhu udara kering masuk (TdbA) sebesar : 30,9°C dengan kondisi udara


63

keluar (TdbB) sebesar : 25,1°C, (Twb) : 24°C, RHB : 88%, (∆w) : 0,0020

kgair/kgudara, Qout : 2,3754 kJ/s dan efektivitas : 0,84. Pada 6 cooling pad

dengan kecepatan 2,6 m/s suhu udara kering masuk (TdbA) sebesar : 30,9°C

dengan kondisi udara keluar (TdbB) sebesar : 25,3°C, (Twb) : 24°C, RHB : 86%,

(∆w) : 0,0019 kgair/kgudara, Qout : 2,2643 kJ/s dan efektivitas : 0,81. Pada 6

cooling pad dengan kecepatan 2,7 m/s suhu udara kering masuk (TdbA)

sebesar : 30,9°C dengan kondisi udara keluar (TdbB) sebesar : 25,5°C, (Twb) :

24°C, RHB : 84%, (∆w) : 0,0018 kgair/kgudara, Qout : 2,1380 kJ/s dan efektivitas

: 0,78.

5.2 Saran

Dari hasil penelitian mesin penyejuk udara (air cooler) yang telah dilakukan

ada beberapa saran yang dapat dikemukakan :

a. Pada penelitian selanjutnya, disarankan untuk menambahkan 1 cooling pad,

agar temperatur yang diturunkan semakin rendah yaitu mendekati temperatur

bola basah.

b. Pada penelitian selanjutnya, disarankan untuk merapatkan bagian – bagian

yang memungkinkan udara untuk keluar.

c. Penelitian air cooler dapat dikembangkan dengan meneliti pengaruh jarak

pada cooling pad terhadap kondisi udara yang dihasilkan air cooler.


64

DAFTAR PUSTAKA

Bagus, G. B. P. P. 2019. Pengaruh Kecepatan Putaran Kipas terhadap Kondisi

Udara yang Dihasilkan Air Cooler. Skripsi Teknik Mesin, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta

Ekadewi, A. H., Fandi, D. S., Selrianus. 2008. Penggunaan Serabut Kelapa Sebagai

Bantalan Pada Evaporative Cooler. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, Unversitas

Kristen Petra.

Elgendy, E, dkk. 2014. Performance Enhancement of a Desiccant Evaporative

Cooling System Using Direct/Indirect Evaporative Cooler. International

Journal of Refrigeration.

Gerardus (2019) Pengaruh Kecepatan Putaran Kipas Terhadap Kondisi Udara yang

Dihasilkan Air Cooler pada Teknik Mesin USD Yogyakarta.

Kulshrestha, S. K. 1989. Buku Teks Termodinamika Terpakai, Teknik Uap dan

Panas. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.

Perutu, Miske Natalia. 2009. Rancang bangun evaporative cooler. Bachelor thesis,

Petra Christian University.

Purnomo, R. 2016. Peningkatan Efisiensi Air Cooler Dengan Serabut Kelapa

Skripsi pada Teknik Mesin USD Yogyakarta.

Selrianus, R. 2008. Perencanaan dan Pembuatan Cooling Pad untuk Evaporative

Cooler. Bachelor thesis, Petra Christian University.


65

LAMPIRAN

a. Mesin penyejuk udara (Air Cooler)

Gambar A.1 Mesin Penyejuk Udara (Air Cooler) yang digunakan

Gambar A.2 Cooling Pad yang digunakan


66

Gambar A.3 Pengambilan Data

b. Psychrometric chart

Gambar B.1 Psychrometric Chart pada kecepatan udara 2,7 m/s dengan 4 cooling

pad


67

Gambar B.2 Psychrometric Chart pada kecepatan udara 2,7 m/s dengan 6 cooling

pad


BERBAHAN MARLON TERHADAP KONDISI UDARA YANG … · 73cm. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan...

Documents

Transcript of BERBAHAN MARLON TERHADAP KONDISI UDARA YANG … · 73cm. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan...