KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN VARIASI ICE … fileii THE CHARACTERISTIC OF AIR...

KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN

VARIASI ICE PACK

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

TRIYANA WAHYUDIANTA

NIM : 135214108

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN

VARIASI ICE PACK

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

TRIYANA WAHYUDIANTA

NIM : 135214108

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017


ii

THE CHARACTERISTIC OF AIR CONDITIONING WITH

ICE PACK VARIATION

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

TRIYANA WAHYUDIANTA

Student Number : 135214108

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017


iii


iv


v


vi


vii

ABSTRAK

Kebutuhan masyarakat akan mesin penyejuk udara semakin hari semakin

meningkat. Tujuan penelitian terhadap mesin penyejuk udara dengan menggunakan

siklus kompresi uap ini adalah (1) merancang dan merakit mesin penyejuk udara

sederhana yang terdiri dari mesin pendingin dan ice pack (2) mengetahui

karakteristik dari mesin pendingin siklus kompresi uap, meliputi : COPaktual,

COPideal dan Efisiensi mesin penyejuk udara (3) mengetahui lamanya waktu suhu

udara berada dibawah 25 oC dengan berbagai variasi ice pack.

Penelitian dan pengambilan data mesin penyejuk udara dilaksanakan di

Laboratorium Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Batasan-batasan

dalam pembuatan mesin penyejuk udara sebagai berikut (1) mesin penyejuk udara

terdiri atas mesin pendingin yang bekerja dalam siklus kompresi uap dan ice pack

(2) komponen utama siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator,

kondensor, dan pipa kapiler (3) daya kompresor sebesar: 1/8 pk. ukuran komponen

utama siklus kompresi uap yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya

kompresor (4) jenis evaporator: pipa dengan sirip (5) jenis kondensor: pipa dengan

jari-jari penguat (6) refrigeran siklus kompresi uap: R134a (7) mesin penyejuk

udara mempergunakan ruangan pendingin dengan ukuran: 60 cm x 50 cm x 45 cm

(8) mesin penyejuk udara mempergunakan 20 ice pack dengan ukuran ice pack: 25

cm x 14 cm x 1,5 cm. Ice pack dibekukan pada freezer bersuhu -20 ºC selama 12

jam (9) mempergunakan kipas angin berdaya: 30 watt, dengan ukuran sudu kipas :

200 mm (10) semua komponen komponen utama mesin pendingin dan ice pack,

diperoleh dipasaran. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah ice pack:

tanpa ice pack, 10 ice pack , dan 20 ice pack.

Mesin penyejuk udara berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. Hasil

penelitian memberikan beberapa kesimpulan (1) Variasi mesin penyejuk udara

menggunakan 20 ice pack merupakan variasi terbaik dan mampu menghasilkan

suhu udara yang sejuk selama 360 menit, suhu awal yang dihasilkan adalah 9,4 ºC

dan mampu bertahan sampai menit ke 360 dengan suhu akhir 24,8 ºC (b) hasil

karakteristik mesin penyejuk udara tanpa ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai

COPaktual sebesar 3,45; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,49; (c) hasil karakteristik

mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai

COPaktual sebesar 3,30; rata-rata nilai COPideal sebesar 4,28; (d) hasil karakteristik

mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack sebagai berikut: rata-rata nilai

COPaktual sebesar 3,39; rata-rata nilai COPideal sebesar 4.31;

Kata kunci: mesin penyejuk udara, siklus kompresi uap.


viii

ABSTRACT

People’s need of air conditioner keeps increasing everyday. The objectives

of this research are : (1) designing and assembling a simple air conditioner

consisting coolant engine and ice pack (2) knowing the characteristic of air

conditioner with cycle steam compression, including : COPactual , COPideal, and the

efficiency of air conditioner (3) to know the duration of temperature under 25oC in

several ice-pack variations.

This research was conducted in the laboratory of Mechanical Engineering

of Sanata Dharma University. The limits of making the air conditioner are: (1) air

conditioner consists of coolant engine working in steam compression cycle and ice

pack (2) the main components of cycle steam compression including: compressor,

evaporators, condenser, and capillary tube (3) compressor power: 1/8pk, the size of

other main components of steam compression cycle adjusts the compressor power

(4) type of evaporator: fin tubes (5) type of condenser: serpentine tube (6)

refrigerant of steam compression cycle ; R134a (7) air conditioner using cooling

room with size of: 60 cm x 50 cm x 45 cm (8) air conditioner using 20 ice-packs

with size of: 25 cm x 14 cm x 15 cm. Ice pack was frozen in -20°C within 12 hours

(9) using fan powered: 50 watt, the size of the convex blade of the fan: 200mm (10)

all the main components of the air conditioner and the ice pack were obtained in

markets. The research had been done by varying the amount of ice pack: without

ice pack, 10 ice packs, and 20 ice packs.

The air conditioner was successfully created and worked well. The result of

the researches give some conclusions (1) air conditioner with 20 ice packs is the

best variation. It can produce cool temperature starting from 9,4°C lasted in 24,8°C

within 360 minutes (b) air conditioner without ice pack: average value of COPactual

is 3,45 : average value of COP ideal is 4,49 : (c) using 10 ice packs : average value

of COPactual is 3,30 : average value of COPideal is 4,28 : (d) using 20 ice packs:

average value of COPactual 3,39 : average value of COPideal is 4,31 :

Keywords: air conditioner, cycle steam compression, cooling machine


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas semua karunia dan kasih-

Nya yang diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini

dengan lancar. Penulis menyusun skripsi ini dengan judul “Karakteristik mesin

penyejuk udara dengan variasi Ice Pack”. Skripsi disusun untuk memenuhi syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penulisan skripsi ini juga tidak lepas dari adanya campur tangan pihak lain

yang dengan tulus dan rela mengorbankan waktu dan pikiran untuk membimbing

penulis sampai penulisan skripsi ini dapat terselesaikan. Atas terselesainya skripsi

ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Match.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen

Pembimbing Skripsi yang telah memberikan petunjuk, pengarahan, dan saran

selama penyusunan Skripsi ini.

3. Wibowo Kusbandono S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Prodi

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi.

5. Jemina dan Wahyuningsih, selaku orang tua penulis yang telah memberi

motivasi dan dukungan kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual.


x

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

motivasi dan dukungan kepada penulis.

7. Yuga Indrawan, Frischo Allesandro, dan Fransiskus Sonny, selaku teman

kelompok Skripsi mesin penyejuk udara, atas kerjasamanya selama penelitian

Skripsi.

8. Valentina Kurnia Palupi Sumarno yang telah memberikan semangat dan selalu

mendampingi dengan setia selama pengerjaan skripsi ini.

9. Seluruh Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma,Yogyakarta yang telah mendidik dan

memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam

penyusunan skripsi ini.

10. Seluruh mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2013 yang juga telah memberi

masukan dan dukungannya, terimakasih untuk kebersamaannya selama empat

tahun di Universitas Sanata Dharma.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan skripsi ini

masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan

masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya.

Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima

kasih.

Yogyakarta, 27 Juli 2017

Penulis


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………………. i

TITLE PAGE……………………………………………………………. ii

HALAMAN PERSETUJUAN………………………………………….. iii

HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA…………………... v

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

ABSTRAK………………………………………………………………. vii

ABSTRACT……………………………………………………………..... viii

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

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

DAFTAR GAMBAR……………………………………………………. xv

DAFTAR TABEL………………………………………………………. xviii

BAB I PENDAHULUAN………………………………………….. 1

1.1 Latarbelakang……………………………..…………….. 1

1.2 Rumusan masalah………………………………………. 2

1.3 Tujuan penelitian…………………………….…….…… 2

1.4 Batasan masalah……………………………………….... 3

1.5 Manfaat penelitian……………………………................ 4

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

2.1 Dasar teori………………………..……………………... 5


xii

2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin……………………… 5

2.1.2 Siklus kompresi uap……………………………........ 6

2.1.3 Perhitungan pada siklus kompresi uap……………... 10

2.1.4 Komponen komponen siklus kompresi uap………....

2.1.4.1 Kompresor………………………………………

2.1.4.2 Kondensor…………………………….................

2.1.4.3 Evaporator…………………………....................

2.1.4.4 Pipa kapiler……………………………………...

2.1.4.5 Filter……………………………………………..

2.1.4.6 Thermostat………………………………………

2.1.4.7 Kipas.....……………………………………........

14

14

18

20

22

22

23

24

2.1.5 Psychrometric chart…………………………………...

2.1.5.1 Parameter-parameter Udara Psychrometric

chart.

2.1.5.2 Proses-proses Yang Terjadi Pada Udara

Dalam..... Psychrometric chart

2.1.5.3 Proses-proses yang terjadi pada Mesin Penyejuk

Udara dengan mesin pendingin dan ice-pack

24

25

27

29

2.2 Tinjauan Pustaka………………………………………... 31

BAB III METODE PENELITIAN………………………………….... 34

3.1 Objek Penelitian………………………….……………... 30

3.2 Variasi Penelitian…………..……..…...…..…..…..…..... 35

3.3 Alur Penelitian…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..….. 35


xiii

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

3.4.1 Alat………………………………………………..… 37

3.4.2 Bahan……………………………………………….. 38

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

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

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

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

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

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

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

BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN

PEMBAHASAN……………..…..…..…..…..…..…..…..…

55

4.1 Hasil penelitian…………………………………………. 55

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

4.3 Perhitungan dan pengolahan data..……………………... 60

4.4 Hasil perhitungan……………………………………….. 64

4.5 Pembahasan……...……….……………………………..

4.5.1 Mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice

pack……………….…..…..…..…..…..…..…..…

4.5.2 Mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack…..

4.5.3 Mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack…..

65

65

70

75

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………….. 81

5.1 Kesimpulan……………………………………………... 81


xiv

5.2 Saran…………...…….…………………………………. 81

DAFTAR PUSTAKA…...………...………...………...………...………. 83

LAMPIRAN…………………………………………………………….. 84

A. Foto alat yang digunakan dalam penelitian…………... 84

B. Gambar P-h Diagram…………………………………. 85


xv

DAFTAR GAMBAR

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

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

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

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

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

Gambar 2.6 Kompresor scroll ………………………………………........ 16

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

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

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

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

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

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

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

Gambar 2.14 Pipa kapiler……………………………………………….... 22

Gambar 2.15 Filter………………………………………………………... 23

Gambar 2.16 Thermostat………………………………………………..... 24

Gambar 2.17 Kipas ……………...……………………………………...... 24

Gambar 2.18 Psychrometric chart……………………………………....... 25

Gambar 2.19 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric

chart

27

Gambar 2.20 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara…….. 30

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

Gambar 3.2 Skematik alur penelitian ………………………………….. 36


xvi

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

Gambar 3.4 Roda ………………………………………………………… 39

Gambar 3.5 Kompresor ……………………………………………….... 40

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

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

Gambar 3.8 Filter……………………………………………………….. 42

Gambar 3.9 Pressure Gauge…….………………………………………... 43

Gambar 3.10 Refrigeran R 134a …………………………………………. 43

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

Gambar 3.12 Hygrometer ……………………………………………….... 45

Gambar 3 13 Stopwacth……………………………………….….….…..... 45

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

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

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

Gambar 3.17 Skematik pengambilan data ………………………………... 50

Gambar 4.1 Diagram p-h R134a Mesin penyejuk udara tanpa....................

menggunakan ice pack pada menit (t) ke 120

60

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

menggunakan ice pack dari waktu ke waktu

65

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

tanpa ice pack dari waktu ke waktu

67

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

tanpa ice pack dari waktu ke waktu

67

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

Ice pack dari waktu ke waktu

68

Gambar 4.6 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa........


69


xvii

Gambar 4.7 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara ......................

menggunakan10 ice pack dari waktu ke waktu

70

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

menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu

72

Gambar 4.9 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara...............


72

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

pack dari waktu ke waktu

73

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


74

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

20 ice pack dari waktu ke waktu

75

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


77

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


77

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


78

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


79


xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Variasi Penelitian ……………………….........................…....... 34

Tabel 3.2 Tabel yang digunakan untuk mencatat data penelitian ………... 51

Tabel 4.1 Hasil data rata-rata mesin penyejuk udara tanpa ice pack……... 55

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

pack

56

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

pack

56

Tabel 4.4 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara

tanpa menggunakan ice pack

57


menggunakan 10 ice pack

58



58

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

pack

59

Tabel 4.8 Nilai entalpi mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack.. 59

Tabel 4.9 Nilai entalpi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack... 59

Tabel 4.10 Keterangan dari diagram P-h…................................................. 61

Tabel 4.11 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa......

menggunakan ice pack

64

Tabel 4.12 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa......

menggunakan ice pack …

64

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


65


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu negara berkembang yang sekarang sedang

dalam masa pembangunan. Di setiap daerah banyak dilakukan pembangunan baik

itu infrastruktur maupun manufaktur. Semua ini dilakukan untuk negara yang maju,

meningkatkan kesejahteraan rakyat, dan meningkatkan kualitas manusia Indonesia

yang diperlengkapi dengan semua syarat yang diperlukan untuk menjalankan

pembangunan di Indonesia sehingga dapat bersaing dengan negara lain.

Dewasa ini mesin penyejuk udara sangat dibutuhkan di kehidupan sehari

hari. Kebutuhan masyarakat akan penyejuk udara semakin hari semakin meningkat.

Di setiap tempat ditemui pemakaian penyejuk udara, baik di tempat umum, di mall-

mall, di supermarket, di bank, di rumah sakit, di perkantoran, di sekolah-sekolah

dan perguruan tinggi, di hotel, di gedung olahraga, di gedung kesenian ,di

perumahan, di perusahan, ataupun pada alat transportasi. Berbagai macam penyejuk

udara ada di pasaran, dari berdaya kecil sampai berdaya besar. Namun demikian,

selalu ada kelebihan dan kekurangan dari setiap mesin penyejuk udara yang ada.

Kekurangan mesin penyejuk udara yang ada di pasaran saat ini adalah masih

memerlukan daya listrik yang cukup besar untuk bekerjanya. Penggunaan mesin

penyejuk udara masih didominasi masyarakat kelas ekonomi menengah atas.

Kondisi ini merupakan persoalan yang harus dijawab supaya tidak menimbulkan


2

masalah soaial. Bagaimanakah merancang mesin penyejuk udara berdaya kecil,

agar masyarakat kelas ekonomi menengah ke bawah ikut juga menikmati kehadiran

mesin mesin penyejuk udara ini?

Dengan memahami masih ada kekurangan pada mesin pendingin udara,

maka penulis tertantang untuk mendapatkan mesin penyejuk udara yang

menggunakan daya rendah namun menghasilkan efisiensi sebanding dengan daya

yang dikeluarkan. Berangkat dari persoalan tersebut, penulis melakukan penelitian

dengan topik tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Kebutuhan mesin pendingin ruangan seperti mesin penyejuk udara sekarang

ini semakin meningkat. Penggunaan mesin penyejuk udara yang selama ini

dipergunakan masih memerlukan daya yang cukup besar. Oleh sebab itu,

diperlukan suatu inovasi mesin penyejuk udara yang membutuhkan daya yang

rendah, lebih sederhana dan lebih praktis penggunaanya. Bagaimanakah merancang

penyejuk ruangan yang lebih sederhana dan berdaya rendah untuk menyelesaikan

persoalan ini?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Merancang dan merakit mesin penyejuk udara sederhana yang terdiri dari mesin

pendingin dan ice-pack.


3

b. Mengetahui karakteristik mesin pendingin siklus kompresi uap yang

dipergunakan di dalam mesin penyejuk udara, meliputi : besarnya nilai

COPactual, COPideal dan efisiensi.

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

variasi Ice Pack.

1.4 Batasan Masalah

Batasan batasan yang diambil dalam pembuatan mesin penyejuk udara,

yaitu :

a. Mesin penyejuk udara terdiri atas mesin pendingin yang bekerja dengan siklus

kompresi uap dan ice-pack.

b. Komponen utama mesin siklus kompresi uap meliputi kompresor, evaporator,

kondensor, dan pipa kapiler.

c. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar 1/8 HP, ukuran komponen utama

yang lain, besarnya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.

d. Komponen utama siklus kompresi uap yang dipakai pada mesin pendingin

merupakan komponen standar yang ada di pasaran.

e. Fluida kerja dari siklus kompresi uap adalah R134a.

f. Mesin penyejuk udara mempergunakan ice pack yang didapat di pasaran,

dengan berat 0,2 kg dan ukuran 25 cm x 14 cm x 1,5 cm.

g. Mempergunakan kipas angin berdaya 30 watt.

h. Ukuran ruang pendingin : 60 cm x 50 cm x 45 cm


4

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang penyejuk udara berdaya listrik

rendah.

b. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi dalam pembuatan

penyejuk udara bagi para pembuat.

c. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai acuan bagi para peneliti lain untuk

dapat merancang mesin penyejuk udara dengan kemampuan kerja yang lebih

baik.

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

rendah.


5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Prinsip kerja mesin pendingin

Mesin pendingin adalah peralatan yang berfungsi untuk memindahkan

kalor dari dalam ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor dari lingkungan

bersuhu rendah kemudian dipindahkan ke lingkungan bersuhu tinggi. Mesin

pendingin yang mempergunakan siklus kompresi uap mempunyai komponen

utama yang terdiri dari empat bagian yaitu : kompresor, evaporator, kondensor,

dan katup ekspansi atau pipa kapiler. Fluida yang dipergunakan pada siklus

kompresi uap dinamakan dengan refrigeran. Gambar 2.1 menunjukkan prinsip

dasar kerja mesin pendingin.

Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin


6

Mesin pendingin telah digunakan dalam banyak hal. Diantaranya sebagai

pengawet bahan makanan ( kulkas, freezer, cold storage, dll ), pengawet minuman

(show case, kulkas, dll), pengkondisi udara ruangan (AC, water chiller, dll) dan

pembuat es (ice maker). Dengan berkembangnya informasi dan teknologi

sekarang ini, manusia telah merasakan dampak positif dari teknologi mesin

pendingin

2.1.2 Siklus Kompresi Uap

Dari sekian banyak jenis sistem refigerasi, yang paling umum digunakan

adalah refrigerasi dengan sistem kompresi uap. Komponen utama dari sebuah

siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan pipa kapiler

atau katup expansi. Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap digambar

pada Gambar 2.2 dan siklus kompresi uap pada diagram P.h disajikan pada

Gambar 2.3, pada diagram T-s pada Gambar 2.4.

Gambar 2.2 Rangkain Utama Komponen Siklus Kompresi Uap

Kondensor

Kompresor

Pipa Kapiler

1

2

3

4

Evaporator

Qout

Win

Qin


7

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

dari dalam ruangan sehingga kalor tersebut akan menguapkan refrigeran.

Kemudian uap refrigeran ditekan oleh kompresor hingga mencapai tekanan

kondensor, dalam kondensor uap refrigeran dikondensasikan sehingga fase

refrigeran berubah wujud cair dengan cara membuang kalor dari uap refrigeran ke

lingkungannya. Kemudian refrigeran akan diturunkan tekanannya oleh pipa

kapiler, sehingga fasenya berubah dari cair menjadi campuran cair dan gas dan

diteruskan kembali ke dalam evaporator.

Pada Gambar 2.2, Gambar 2.3 dan Gambar 2.4, Qin adalah besarnya kalor

yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran. Qout adalah besarnya kalor

yang dilepas kondensor ke lingkungan karena suhu refrigeran didalam kondensor

lebih tinggi dari suhu lingkungan. Proses penguapan berlangsung di evaporator

secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama) sedangkan Win adalah

kerja kompresor persatuan massa refrigeran.

Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap Diagram P-h

P1

3

1

2

4 1a

2a

3a

P

h h3= h4 h1 h2

Tek

anan

Entalpi

Win

Qin

Qout


8

Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s

Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap (terjadi pada Gambar

2.3 dan Gambar 2.4) adalah (a) proses kompresi, (b) proses desupa heating, (c)

proses kondensasi, (d) proses pendingin lanjut, (e) proses penurunan tekanan, (f)

proses penurunan tekanan, (g) proses pemanasan lanjut.

a. Proses kompresi (1-2)

Proses kompresi dilakukan oleh kompresor terjadi pada tahap 1 – 2 dan

berlangsung secara isentropik adiabatik (isoentropi atau entropi konstan).. Kondisi

awal refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah gas panas lanjut

bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi gas

panas lanjut bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik,

maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat.

b. Proses penurunan suhu gas panas lanjut menjadi gas jenuh (proses 2-2a)

3

1

2

4 1a

2a 3a

T

S

Qout

Win

Qin

Tem

per

atur

Entropi


9

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

2 – 2a. Proses ini juga dinamakan desupa heating. Refrigeran mengalami

penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang

mengalir dari refrigeran ke lingkungan karena suhu refrigeran lebih tinggi dari

suhu lingkungan.

c. Proses kondensasi (2a-3a)

Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-3a berlangsung di dalam kondensor.

Pada proses ini gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses

berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari

kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara

lingkungan.

d. Proses pendinginan lanjut (3a – 3)

Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 3a – 3. Proses pendinginan

lanjut merupakan proses penurunan suhu refrigeran dari keadaan refrigeran cair.

Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini diperlukan agar kondisi

refrigeran yang keluar dari kondensor benar – benar berada dalam fase cair, untuk

memudahkan mengalir di dalam pipa kapiler.

e. Proses penurunan tekanan (3-4)

Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3–4 berlangsung di pipa kapiler

secara isoentalpi (entalpi sama). Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke

komponen pipa kapiler dan mengalami penurunan tekanan dan suhu. Sehingga

suhu dari refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa

berubah dari cair menjadi fase campuran cair dan gas.


10

f. Proses penguapan ( 4 – 1a)

Proses evaporasi terjadi pada tahap 4 – 1a. Proses ini berlangsung di

evaporator secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama). Dalam fasa

campuran cair dan gas, refrigeran yang mengalir ke evaporator menerima kalor

dari lingkungan, sehingga akan mengubah seluruh fasa fluida dari refriegeran

berubah menjadi gas jenuh.

g. Proses pemanasan lanjut (1a – 1)

Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 1a – 1. Proses ini merupakan

proses dimana uap refrigeran yang meninggalkan evaporator akan mengalami

pemanasan lanjut sebelum memasuki kompresor. Hal ini di maksudkan agar

kondisi refrigeran benar-benar dalam keadaan gas agar proses kompresi dapat

berjalan dengan baik dan kerja kompresor menjadi ringan.

2.1.3 Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap

Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk

menganalisa unjuk kerja mesin pendingin kompresi uap yang meliputi kerja

kompresor, energi yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator,

COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran.

a. Kerja kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi

pada diagram P-h titik 1-2 dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1)

12 hhWin (2.1)

Pada Persamaan (2.1) :

Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).


11

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

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

b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout)

Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor

merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3, perubahan tersebut dapat dihitung

dengan Persamaan (2.2) :

32 hhQout (2.2)


Qout :energi kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa refrigeran

(kJ/kg).

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

h3 : nilai entalpi refrigeran keluar kondensor atau masuk pipa kapiler (kJ/kg)

c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)

Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran

merupakan perubahan entalpi pada titik 4-1, perubahan entalpi tersebut dapat

dihitung dengan Persamaan (2.3) :

41 hhQin

(2.3)


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

ℎ1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi

pada saat masuk kompresor (kJ/kg)

ℎ4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi

saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung


12

pada entalpi yang tetap maka nilai ℎ4= ℎ3 (kJ/kg).

d. Koefisien prestasi / Coefficient of Performance aktual ( COPaktual)

Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah perbandingan antara

panas yang disetiap evaporator dengan kerja yang yang diberikan evaporator.

Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator dibagi kerja kompresi,

dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) :

12

41

hh

hh

W

QCOP

in

inaktual

(2.4)


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

Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).

h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi

pada saat masuk kompresor (kJ/kg).

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

ℎ4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi

saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung

pada entalpi yang tetap maka nilai ℎ4= ℎ3 (kJ/kg).

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

Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung

dengan Persamaan (2.5) berikut ini :

evapcond

evap

idealTT

TCOP

(2.5)


13


COPideal : Koefisien prestasi ideal

Tcond : suhu mutlak kondensor (K).

Tevap : suhu mutlak evaporator (K).

f. Efisiensi mesin kompresi uap (η)

Efisiensi mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.6)

%100ideal

aktual

COP

COP (2.6)


COPactual :Koefisien prestasi aktual mesin kompresi uap.

COPideal :Koefisien prestasi ideal mesin kompresi uap.

g. Daya Kompresor Mesin (P)

Daya untuk kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan

(2.7) :

P = V × I (2.7)


P : daya kompresor (J/det).

V : voltage (volt).

I : arus listrik kompresor (A).

h. Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁ)

Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.8) :


14

1000

inW

VIm

(2.8)


ṁ : laju aliran massa refrigeran (kg/s).

I : arus listrik (A).

V : voltage (volt).

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

2.1.4 Komponen Komponen Siklus Kompresi Uap

Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri dari

kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler. Komponen tambahan mesin

siklus kompresi uap terdiri dari filter, thermostat dan kipas.

2.1.4.1 Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang

berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasi refrigeran yang mengalir

dalam unit mesin pendingin. Dari cara kerja mensirkulasikan refrigeran,

kompresor dapat dikalsifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Kompresor Open Unit (open type compresor)

Pada jenis kompresor ini letak kompresor terpisah dari tenaga

penggeraknya. Masing-masing bergerak sendiri dalam keadaan terpisah. Tenaga

penggerak kompresor umumnya motor listrik. Salah satu ujung poros engkol dari

kompresor menonjol keluar, sebuah puli dari luar dipasang pada ujung poros

tersebut. Melalui belt puli dihubungkan dengan tenaga penggeraknya. Karena


15

ujung poros engkol keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi perapat agar

refrigeran tidak bocor keluar.

Gambar 2.5 Kompresor open type

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

reciprocating-compressor.jpg

b. Kompresor Sentrifugal

Prinsip dari kompresor sentrifugal adalah menggunakan gaya sentrifugal

untuk mendapatkan energi kinetik pada impeller sudu dan energi kinetik ini

diubah menjadi tekanan potensial. Tekanan dan kecepatan uap yang rendah dari

saluran sunction dihisap kedalam lubang masuk atau mata roda impeller oleh aksi

dari shaft rotor, dan kemudian diarahkan dari ujung-ujung pisau ke rumah

kompresor untuk diubah menjadi tekanan yang bertambah.

c. Kompresor Scroll

Prinsip kerja dari kompresor scroll adalah menggunakan dua buah scroll

(pusaran). Satu scroll dipasang tetap dan salah satu scroll lainnya berputar pada


16

orbit. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran hisap oleh scroll dan

dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya pada pusat orbit dari scroll

tersebut.

Gambar 2.6 Kompresor scroll

Sumber: https://setuabadiacpart.files.wordpress.com/2016/03/compresor-ac-

11.jpg?w=243

d. Kompresor Sekrup

Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor dan meninggalkan

kompresor dari ujung yang lain. Pada posisi langkah hisap terbentuk ruang hampa

sehingga uap mengalir kedalam. Nilai putaran terus berlanjut, refrigeran yang

terkurung digerakan mengelilingi rumah kompresor. Pada putaran selanjutnya

terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga

memperkecil volume rongga dan menekan refrigeran tersebut keluar melalui

saluran buang.

e. Kompresor Semi Hermatik

Pada kontruksi semi hermetik bagian kompresor dan elektro motor

masing-masing berdiri sendiri dalam keadaan terpisah. Untuk menggerakan

kompresor poros motor listrik dihubungkan dengan poros kompresornya

langsung.


17

Gambar 2.7 Kompresor semi hermatik

Sumber:http://2.bp.blogspot.com/sl8_Yn4HlMw/VUL38Y158BI/AAAAAAAAT

8/xjnMKDKCqLg/s1600/pkl.png

f. Kompresor Hermatik

Pada dasarnya, kompresor hermetic hampir sama dengan semi-hermetik,

perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja) kompresor

dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetic dipergunakan

sambungan las sehingga rapat udara. Pada kompresor semi-hermetik dengan

rumah terbuat dari besi tuang, bagian-bagian penutup dan penyambungnya masih

dapat dibuka. Sebaliknya dengan kompresor hermetic, rumah kompresor dibuat

dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor

listriknya tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor.

Gambar 2.8 Kompresor Hermatik

Sumber :

http://1.bp.blogspot.com/.36s9y8S7r2E/Vvlima0f2vI/AAAAAAAAAQc/DXFiO6

aafVo/s1600/logo4.jpg


18

2.1.4.2 Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas

refrigeran pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor yang

banyak digunakan pada teknologi saat ini adalah kondensor dengan pendingin

udara. Kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak

memerlukan perawatan khusus. Saat mesin pendingin bekerja, kondensor akan

terasa hangat bila dipegang. Agar proses perubahan wujud yang diinginkan ini

dapat terjadi, maka kalor atau panas yang ada dalam gas refrigeran yang

bertekanan tinggi harus dibuang keluar dari sistem. Kondensor mempunyai fungsi

melepaskan panas yang diserap refrigeran di evaporator dan kerja kompresor

selama proses kompresi. Dilihat dari sisi media yang digunakan kondensor dapat

dibedakan 2 macam yaitu:

a. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)

Air cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan udara sebagai

media pendingin. Air cooled codenser mempunyai dua tipe yaitu : (1) Natural

Draught condenser (2) force Draught condenser.

1. Natural Draught Condenser

Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi

bebas atau konveksi alami. Aliran udara berlangsung karenanya adanya beda

massa jenis. Pada proses ini ada peralatan tambahan yang dipergunakan untuk

menggerakan aliran udara . Kondensor jenis ini dapat ditemui pada kondensor

kulkas satu pintu, show case, chest freezer maupun frezeer.


19

Gambar 2.9 Natural Draught Condensor

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

130727113717-phpapp02-160419135229/95/lec-

20228condenser2920dis202011130727113717phpapp02-8-

638.jpg?cb=1461074060

2. Force Draught Condenser

Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi

paksa. Aliran udara berlangsung karena adanya kipas udara atau blower. Jenis ini

ditemui pada mesin kulkas dua pintu maupun pada mesin AC.

Gambar 2.10 Force Draught Condensor

Sumber: http://www.evapco.eu/sites/evapco.eu/files/imce/pmcq_poo.jpg


20

b. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)

Water cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan air sebagai

media pendinginnya. Menurut proses aliran yang ada pada kondensor ini terbagi

menjadi dua jenis yaitu :

1. Wate Water System

Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan

kondensor, diambil dari pusat-pusat air kemudian dialirkan melewati kondensor

setelah itu air dibuang keluar dan tidak dipergunakan lagi.

2. Recirculating Water System

Suatu sistem dimana air yang di pergunakan untuk mendinginkan

kondensor dan telah meninggalkan kondensor disalurkan ke dalam cooling tower,

untuk diturunkan temperaturnya sesuai pada temperatur yang dikehendaki.

Selanjutnya air dipergunakan lagi dan di beri kembali ke kondensor.

2.1.4.3 Evaporator

Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau

dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan

energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator. Hal

tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur

sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan

refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai

jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin siklus kompresi uap adalah

jenis pipa dengan sirip, pipa-pipa dengan jari-jari penguat dan jenis plat.


21

Gambar 2.11 Evaporator jenis pipa dengan sirip

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

Gambar 2.12 Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat

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

Tube-Evaporator-Refrugerator-Evaporator-.jpg

Gambar 2.13 Evaporator jenis plat

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

pg


22

2.1.4.4 Pipa Kapiler

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran pada siklus

kompresi uap yang ditempatkan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah.

Penggunaan pipa kapiler pada mesin siklus kompresi uap mempermudah kerja

kompresor pada waktu start, karena tekanan kondensor dan evaporator sama.

Gambar 2.14 Pipa kapiler

Sumber:

http://1.bp.blogspot.com/.kRccdAf_lx8/VKYqUTGkYUI/AAAAAAAAAUg/He

RwRNrm5Mw/s1600/pipa%2Bkapiler.gif

2.1.4.5 Filter

Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa

saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, refrigeran yang membawa

kotoran akan tersaring dan kemudian refrigeran yang telah melewati filter menjadi

lebih bersih sehingga proses proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan

maksimal. Jika tidak ada filter, kotoran akan masuk dalam pipa kapiler dan dapat

membuat pipa kapiler menjadi tersumbat dan menyebabkan sistem menjadi tidak

bekerja. Oleh sebab itu filter dipasang sebelum pipa kapiler.


23

Gambar 2.15 Filter

Sumber:

http://4.bp.blogspot.com/.PITAzm8Obio/VgX8BY8KnuI/AAAAAAAAAOQ/Nc

VICPl7Xk4/s1600/filter.jpg

2.1.4.6 Thermostart

Thermostart adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas

suhu dalam ruangan evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur

kerja kompresor. Pada thermostart dilengkapi dengan tabung yang berisi fluida.

Tabung tersebut di tempatkan pada ruangan mesin pendingin (ruang evaporator),

kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.

Prinsip kerja thermostart adalah jika ruang dalam mesin pendingin siklus

kompresi uap mencapai suhu yang ditentukan, maka fluida dalam tabung

thermostart akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang

gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong, ruang gas akan menjadi kendur,

pegas akan menekan sehingga kontak saklar akan membuka dengan demikian

terputuslah hubungan listrik dari PLN. Terputusnya arus listrik akan

menyebabkan kompresor akan berhenti bekerja sementara waktu. Apabila ruang

pendingin atau evaporator suhunya naik, fluida dalam thermostart akan

mengembang yang berarti ruang gas memberi tekanan pada saklar kontak


24

sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN,

kompresor akan bekerja kembali.

Gambar 2.16 Thermostat

2.1.4.7 Kipas

Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling atau sudu-sudu. Kipas

ini berfungsi untuk mengalirkan udara. Udara yang dihembuskan oleh kipas akan

mempercepat proses perpindahan kalor.

Gambar 2.17 Kipas

2.1.5 Psychrometric chart

Psychrometric chart merupakan grafik termodinamis udara yang

digunakan untuk menentukan properti-properti dari udara pada kondisi tertentu .

Dengan Psychrometric chart dapat diketahui hubungan antara berbagai parameter


25

udara secara cepat dan cukup presisi. Untuk mengetahui nilai dari properti-

properti ( Tdb, Twb, W, RH, H, SpV ) bisa dilakukan apabila minimal dua buah

parameter tersebut sudah diketahui.

2.1.5.1 Parameter-parameter Udara Psychrometric chart

Parameter-parameter udara Psychrometric chart meliputi : (a) Dry-bulb

Temperature (Tdb), (b) Wet-bulb Temperature (Twb), (c) Dew-point Temperature

(Tdp), (d) Specific Humidity (W),(e) Relative Humidity (%RH), (f) Enthalpy (H)

dan (g) Volume Spesific (SpV). Contoh Psychrometric chart disajikan pada

Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Psychrometric chart

a. Dry-bulb Temperature (Tdb)

Dry-bulb Temperatur adalah suhu udara pada keadaan kering yang

diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb

tidak basah (tidak diselimuti kain basah). Tdb diposisikan sebagai garis vertikal


26

yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terdapat dibagian bawah

Psychrometric chart.

b. Wet-bulb Temperature (Twb)

Wet-bulb Temperature adalah suhu udara pada keadaan kering yang

diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb

dalam kondisi basah (diselimuti kain basah). Twb diposisikan sebagai garis miring

ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian kanan


c. Dew-point Temperature (Tdp)

Dew-point Temperature adalah suhu dimana udara mulai menunjukkan

terjadinya pengembunan ketika didinginkan/diturunkan suhunya dan

menyebabkan adanya perubahan kandungan uap air di udara. Tdp ditandai

sepanjang titik saturasi.

d. Specific Humidity (W)

Specific Humidity adalah jumlah uap air yang terkandung di udara dalam

setiap kilogram udara kering (kg air/kg udara kering). Pada Psychrometric chart

W diposisikan pada garis sumbu vertikal yang berada di samping kanan


e. Relative Humidity (%RH)

Relative Humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung dalam

1m3 dengan jumlah air maksimum yang dapat terkandung dalam 1m3 dalam

bentuk persentase.

f. Enthalpy (H)


27

Enthalpy adalah jumlah panas total yang terkandung dalam campuran

udara dan uap air persatuan massa. Dinyatakan dalam satuan Btu/lb udara.

g. Volume Spesific (SpV)

Volume Spesific adalah volume dari udara campuran dengan satuan meter

kubik persatuan kilogram udara kering.

2.1.5.2 Proses-proses Yang Terjadi Pada Udara Dalam Psychrometric chart

Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychometric chart adalah

sebagai berikut (a) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and

dehumidify), (b) proses pemanasan sensibel (sensible heating), (c) proses

pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidify), (d) proses

pendinginan sensibel (sensible cooling), (e) proses humidify, (f) proses

dehumidify, (g) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and

dehumidify), (h) proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and

humidify). Proses-proses ini dapatdilihat seperti pada Gambar 2.19.

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

Sumber:https://sustainabilityworkshop.autodesk.com/sites/default/files/styles/600

px/public/core-page-inserted-images/psycrometric_porcess.jpg?itok=a5jAn_fN


28

a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify)

Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify)

adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada

proses ini terjadi penurunan temperatur pada bola kering, temperatur bola basah,

entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik.

Sedangkan kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat

mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya.

b. Proses pemanasan sensibel (sensible heating)

Proses pemanasan (sensible heating) adalah proses penambahan kalor

sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola

kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan

temperatur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun

kelembaban relatif mengalami penurunan.

c. Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidify)

Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (cooling and humidify)

berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara.

Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola kering, temperatur bola basah

dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik

embun, kelembaban relatif dan kelembaban spesifik.

d. Proses pendinginan sensibel (sensible cooling)

Proses pendinginan (sensible cooling) adalah pengambilan kalor sensibel

dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses ini,

terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik,


29

namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik dan

suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan.

e. Proses humidify

Proses humidify merupakan penambahan kandungan uap air ke udara

tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola

basah, titik embun dan kelembaban spesifik.

f. Proses dehumidify

Proses dehumidify merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada

udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, suhu

bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik.

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

Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify)

berfungsi untuk menaikkan suhu bala kering dan menurunkan kandungan uap air

pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembaban spesifik, entalpi, suhu

bola basah dan kelembaban relatif tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering.

h. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidify)

Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses

ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola

kering.

2.1.5.3 Proses-proses yang terjadi pada Mesin Penyejuk Udara dengan mesin

pendingin dan ice-pack

Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara dalam

Psychrometric chart adalah sebagai berikut (a) Proses pendinginan sensibel atau


30

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

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

heating and humidify

Gambar 2.20 Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara

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

Pada proses ini terjadi penurunan suhu udara setelah melewati beberapa ice

pack dan beberapa rangkaian pipa evaporator. Pada proses ini terjadi proses

penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah dan volume spesifik dari

udara, namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Proses ini dapat dilihat pada

Gambar 2.20.

Titik A merupakan kondisi udara sebelum melewati beberapa ice pack dan

evaporator. Udara pada titik A adalah udara luar sebelum masuk penyejuk udara.

Titik A pada Psychrometric chart, diperoleh dengan melihat temperatur bola

kering dan temperatur bola basah yang tertera pada hygrometer. Sedangkan titik B


31

diperoleh dengan menarik garis lurus secara horizontal menuju garis lengkung

yang menunjukan kelembapan relatif 100%.

b. Proses pendinginan dan penurunan kelambapan atau cooling and

dehumidifying (titik B-C)

Proses (B-C) merupakan proses penurunan suhu udara basah dan penurunan

suhu udara kering. Nilai entalphi, volume spesifik, temperatur titik embun dan

kelembaban spesifik mengalami penurunan. Sedangkan kelembapan relatif

nilainya tetap pada nilai 100%. Pada proses ini udara didinginkan oleh evaporator

hingga mendekati suhu kerja evaporator. Uap air yang terjadi di udara mengalami

proses pengembunan sehingga berubah menjadi air. Proses pengembunan ini

mengakibatkan tingkat kelembapan spesifik pada udara menjadi berkurang,

Titik C pada proses ini merupakan kondisi dimana udara setelah didinginkan

oleh evaporator atau dapat disebut juga udara keluaran evaporator. Titik C ini

diperoleh dengan menggambar garis menurun mengikiti garis saturasi dari titik B

hingga titik suhu sama dengan suhu udara keluaran dari mesin penyejuk udara.

c. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban atau heating and humidify

(titik C-A)

Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. pada proses ini

terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering.

2.1.6 Tinjauan Pustaka

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

Refrigeran R22 Dan R134a pada Mesin Pendingin. Dikatakan refrigeran memiliki

sifat karakteristik yang berbeda yang mempengaruhi efek refrigerasi dan

koefeisien prestasi yang dihasilkan. R22 adalah refrigeran yang memiliki


32

karakteristik yang baik pada mesin pendingin, sedangkan R134a adalah refrigeran

yang lebih ramah terhadap lingkungan. Kedua refrigerant tersebut banyak

digunakan karena dapat menghasilkan efek refrigerasi dan COP (koefisien

prestasi) yang cukup baik. Dan hasil yang didapat adalah pertambahan beban

berpengaruh pada naiknya kerja kompresi tetapi tidak diiringi kenaikan kapasitas

evaporasi yang signifikan sehingga COP yang dihasilkan tiap penambahan beban

mengalami penurunan dan karakteristik dari R22 dan R134a yang berbeda

berpengaruh pada prestasi kerja masing- masing refrigeran. R22 dari segi prestasi

kerjanya lebih baik daripada R134a, tetapi R22 tidak ramah lingkungan,

sebaliknya, R134a lebih ramah lingkungan tetapi prestasi kerjanya lebih rendah

dari R22.

Suryadimal dan Marthiana (2013) melakukan penelitian tetntang performa

mesin pendingin menggunakan refrigeran R22 dan R134a dengan variasi bukaan

katup pada fan kondensor (1/4, 2/4, 3/4, dan 4/4.) dengan mengamati nilai COP

yang dihasilkan dari refrigeran tersebut. Hasil penelitian menunjukkan nilai COP

tertinggi untuk R22 terdapat pada bukaan katup 1/4 dengan nilai COP 3,66 dan

nilai terendah terdapat pada bukaan katup 3/4 dengan nilai COP 3,53. Nilai COP

tertinggi untuk R134a terdapat pada bukaan katup 1/4 dengan nilai 3,82 dan nilai

terendah terdapat pada bukaan katup 4/4 dengan nilai COP 3,59. Hasil ini

menunjukkan bahwa penggunaan R22 lebih baik digunakan dengan variasi

bukaan katup fan kondensor 1/4 karena menghasilkan nilai COP yang tinggi.

Pornomo, Heroe (2015) melakukan penelitian untuk menganalisis

karakteristik unjuk kerja sistem pendingin (air conditioning) yang menggunakan


33

freon r-22 berdasarkan pada variasi putaran kipas pendingin kondensor.

Pengkondisian udara pada ruangan berfungsi untuk mengatur kelembaban,

pemanasan dan pendinginan udara di dalam ruangan tersebut. Pengkondisian ini

bertujuan memberikan kenyamanan, sehingga mampu mengurangi keletihan.

Untuk mendapatkan suhu udara yang sesuai dengan yang diinginkan banyak

alternative yang dapat diterapkan, diantaranya adalah dengan menaikkan koefisien

perpindahan kalor kondensasi dan dengan menambahkan kecepatan udara

pendingin pada kondensor sehingga akan diperoleh harga koefisien prestasi yang

lebih besar. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah percobaan dengan

menggunakan peralatan dari mesin refrigerasi sistem pendingin udara di

laboratorium Fluida, Data-data yang dicatat yaitu suhu, tekanan dan perbedaan

tekanan di kompresor. Untuk membuat variasi putaran poros fan kondensor

dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan frequensi motor listrik yang

menggerakkannya. Variasi putaran motor listrik fan kondensor yang digunakan

adalah 50 rpm sampai dengan 150 rpm. Data hasil pencatatan berupa tekanan dan

temperatur selanjutnya diplot pada diagram P-h untuk refrigeran R-22.

Berdasarkan pembahasan dan perhitungan data yang diperoleh, dapat ditarik

beberapa kesimpulan karakteristik dan unjuk kerja sistem pendingin, Semakin

besar laju aliran udara untuk mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien

prestasi semakin meningkat. Karena laju pelepasan kalor yang besar akan

berimbas pada temperature kondensor yang semakin rendah, sehingga dapat

mencapai temperatur yang lebih rendah lagi pada keluaran evaporator. Jadi kerja

kompresor lebih ringan pada variasi laju pelepasan kalor yang paling besar.


34

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin penyejuk udara

sistem kompresi uap dengan tambahan ice-pack. Ukuran ruang pendingin 0,6 m,

lebar 0,5 m dan tinggi 0,45 m. Gambar 3.1 menyajikan skematik dari mesin

penyejuk udara.

Gambar 3.1 Skematik mesin penyejuk udara


35

Keterangan pada Gambar 3.1:

a. Kompresor

b. Kipas

c. Ice-pack

d. Evaporator

e. Kondensor

f. Pipa kapiler

g. Pressure Gauge tekanan rendah

h. Pressure Gauge tekanan tinggi

i. Saluran udara penyejuk

3.2 Variasi Penelitian

Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah ice-pack yang

digunakan. Tabel 3.1 menyajikan variasi yang dilakukan.

Tabel 3.1 Variasi Penelitian

No Variasi penelitian

1 Tanpa menggunakan ice pack

2 Dengan menggunakan 10 ice pack

3 Dengan menggunakan 20 ice pack

3.3 Alur Penelitian

Alur penelitian mesin penyejuk udara disajikan pada Gambar 3.2.


36

Gambar 3.2 Skematik alur penelitian

Uji coba, baik?

Mulai

Perancangan mesin penyejuk udara

Persiapan alat dan bahan

Proses perakitan mesin penyejuk udara

Pengambilan data

Pengolahan, analisis data, pembahasan

kesimpulan dan saran

Tidak baik

Selesai

Variasi 1 s.d. 3

Pelaksanaan penelitian

Berlanjut ? Ya

Tidak

Baik


37

3.4 Alat dan Bahan Penelitian

Dalam penelitian mesin penyejuk udara diperlukan alat-alat bantu dan

bahan penelitian.

3.4.1 Alat

Adapun alat yang diperlukan dalam proses pembuatan mesin penyejuk

udara antara lain: obeng, mistar, cutter, tang, tube expander, gas las Hi-cook,

metil, dan bahan las.

a. Obeng

Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang

digunakan adalah obeng (+) dan obeng (-).

b. Meteran dan Mistar

Meteran dan mistar digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tinggi

bahan yang akan digunakan dalam membuat mesin penyejuk udara.

c. Pisau cutter

Pisau cutter digunakan untuk memotong suatu benda. Digunakan untuk

memotong akrilik dan lakban.

d. Tang

Tang kombinasi digunakan untuk memotong, menarik dan mengikat kawat

agar bagian tertentu pada mesin penyejuk udara.

e. Tube expander

Tube expander atau pelebar pipa berfungsi untuk mengembangkan ujung

pipa tembaga agar sambungan antar pipa lebih baik dan mempermudah proses

pengelasan.


38

f. Gas las Hi-cook

Peralatan las digunakan untuk menyambung pipa kapiler dan sambungan

pipa-pipa tembaga komponen lainnya mesin penyejuk udara.

g. Metil

Metil adalah cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran-saluran

pipa kapiler. Pemakaian yaitu sebanyak 1 tutup botol metil.

h. Bahan las

Bahan las yang digunakan dalam proses penyambugan pipa kapiler yaitu

menggunakan kawat las kuningan, dan borak. Borak berfungsi untuk

menyambung antara tembaga dan besi. Hal ini bertujuan agar sambungan lebih

merekat.

i. Pompa vakum

Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan gas-gas yang terjebak

dalam sistem mesin, seperti udara dan uap air. Hal ini dilakukan agar nantinya

tidak mengganggu dan menyumbat refrigeran pada saat mesin penyejuk udara

dijalankan. Karena uap air yang berlebih dapat membeku dan menyumbat filter

ataupun menyumbat pipa kapiler.

3.4.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam proses pembuantan mesin penyejuk udara

antara lain, adalah sebagai berikut:

a. Papan kayu dan akrilik

Papan kayu digunakan sebagai alas penyangga kompresor, tebal papan

yang digunakan 1,5 cm. Sedangkan akrilik digunakan untuk dinding dari mesin


39

penyejuk udara mempunyai tebal 0,3 cm. Gambar 3.3 menunjukan gambar papan

kayu dan akrilik yang dipergunakan di dalam pembuatan mesin penyejuk udara.

Gambar 3.3 Papan kayu dan Akrilik

b. Roda

Roda digunakan sebagai alat bantu untuk mempermudah pada saat

memindahkan mesin penyejuk udara.

Gambar 3.4 Roda

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

ranger-hidup.jpg

c. Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang

berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan refrigeran yang mengalir

dalam unit mesin pendingin. Kompresor yang digunakan adalah kompresor


40

hermatik. Pada kompresor ini dipergunakan sambungan las sehingga rapat udara.

Pada kompresor hermatik rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan

las, sehinnga baik kompresor maupun motor listriknya tidak dapat diperiksa tanpa

memotong rumah kompresor. Kompresor hermatik, seri kompresor : FUJI-KOBE

SR43 NO1090324, daya kompresor : 97 watt (1/8 PK), voltase : 220-240 v; 50

Hz, arus listrik : 0,75A.

Gambar 3.5 Kompresor

d. Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas refrigeran

dari fase gas panas lanjut menjadi wujud cair. Yang digunakan untuk mesin

penyejuk udara ini adalah kondensor jenis Natural Draught Condenser. Pada tipe

ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi bebas atau konveksi

alami. Aliran udara berlangsung karena adanya beda jenis massa dari udara.

Ketika udara panas massa jenisnya ringan dan ketika udara dingin massa jenisnya

lebih berat. Kondensor tipe U dengan jari-jari penguat dengan jumlah U 12,

panjang: 92 cm, lebar: 46 cm, diameter pipa: 5 mm, bahan kondensor: besi.


41

Gambar 3.6 Kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat

e. Evaporator

Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau

dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan

energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator yaitu

berupa yaitu dari benda atau dari udara di dalam evaporator mesin pendingin. Hal

tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur

lingkunganya, sehingga kalor dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan

refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Yang

digunakan dalam mesin penyejuk udara adalah evaporator jenis pipa bersirip.

Panjang evaporator: 36 cm, lebar: 20 cm, diameter pipa: 9,30 mm, banyak sirip:

62, bahan pipa: tembaga, bahan sirip: aluminium. Gambar 3.7 menyajikan gambar

evaporator yang dipergunakan pada mesin penyejuk udara.


42

Gambar 3.7 Evaporator jenis pipa bersirip

f. Thermostat

Thermostat adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu

dalam ruangan evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja

kompresor.

g. Filter

Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa saat

proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, refrigeran yang membawa

kotoran akan tersaring dan kemudian refrigeran yang telah melewati filter menjadi

lebih bersih sehingga proses proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan

maksimal. Jika tidak ada filter, kotoran akan masuk dalam pipa kapiler dan dapat

membuat pipa kapiler menjadi tersumbat dan menyebabkan sistem menjadi tidak

bekerja. Oleh sebab itu filter dipasang sebelum pipa kapiler. Panjang filter : 8 cm,

diameter filter : 1,9 cm, dan bahan filter : tembaga.

Gambar 3.8 Filter


43

h. Kipas

Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling atau sudu-sudu. Kipas ini

berfungsi untuk mengalirkan udara. Udara yang dihembuskan oleh kipas akan

mempercepat proses perpindahan kalor. Diameter kipas 200 mm, jumlah blade 5,

voltase : 220-240 v dan daya listrik 30 watt.

i. Pressure Gauge

Pressure Gauge digunakan untuk mengukur tekanan kerja refrigeran

dalam siklus kompresi uap, pengukuran tekanan kerja kondensor dan tekanan

kerja evaporator.

Gambar 3.9 Pressure Gauge

j. Refrigeran

Refrigeran adalah fluida kerja yang digunakan pada mesin siklus kompresi

uap. Refrigeran berfungsi untuk menyerap atau melepas kalor dari lingkungan

sekitar. Jenis fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah R 134a.

Gambar 3.10 Refrigeran R 134a


44

3.4.3 Alat Bantu dalam Penelitian

Dalam proses pengambilan data diperlukan alat bantu untuk melakukan

penelitian, berikut alat-alat penelitian yang dipakai:

a. Thermokopel dan Penampil suhu digital

Termokopel berfungsi untuk mengetahui suhu ditempat yang diinginkan pada

saat mesin penyejuk udara bekerja. Cara kerjanya adalah dengan meletakkan atau

menempelkan bagian ujung dari termokopel pada tempat yang ingin diukur

suhunya. Suhu akan terlihat pada layar penampil suhu digital. Sebelum digunakan

termokopel dikalibrasi terlebih dahulu untuk mendapatkan nilai yang lebih akurat.

Gambar 3.11 Penampil suhu digital dan thermokopel

b. Hygrometer

Hygrometer digunakan untuk mengukur kelembaban udara dan suhu udara.

Hygrometer dapat digunakan untuk mengetahui suhu udara kering dan suhu udara

basah karena ada thermometer kering dam thermometer basahnya. Kondisi bulb

dibasahi dengan air untuk termometer yang dipergunakan mengukur suhu udara

basah, dan tidak dibasahi air untuk yang dipergunakan mengukur suhu udara

kering.


45

Gambar 3.12 Hygrometer

c. Stopwatch digital

Stopwatch digital digunakan untuk mengukur lama waktu dalam melakukan

pengujian mesin penyejuk udara. Lama waktu yang dibutuhkan dalam setiap

pengambilan data adalah setiap 15 menit sekali, sampai suhu udara keluaran

setara dengan suhu ruangan.

Gambar 3.13 Stopwacth

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

01-stopwatch.jpg

3.5 Proses Pembuatan Mesin Penyejuk Udara

Dalam merancang mesin penyejuk udara, desain dilakukan dengan proses

manual dan sederhana. Hal - hal yang dilakukan adalah :

a. Memotong besi L berlubang dengan ukuran 100 cm dan 50 cm sebagai

kerangka dari mesin penyejuk udara.


46

b. Memotong styrofoam sebagai alas pada ruang ice-pack agar dapat bertahan

lama (tidak mudah mencair).

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

d. Pemasangan komponen dasar mesin penyejuk udara, seperti : kompresor,

kondensor, evaporator, pipa kapiler, manifold gauge (pressure gauge) serta

komponen-komponen lainya.

Gambar 3.14 Rancangan mesin penyejuk udara

e. Pengelasan sambungan-sambungan antar pipa-pipa kapiler.

Gambar 3.15 Pengelesan sambungan pipa-pipa kapiler


47

f. Pengisian refrigeran R134a (freon)

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

kapiler.

h. Pemasangan kelistrikan kipas pada mesin penyejuk udara.

i. Pengecekan ulang.

3.5.1 Proses Pengisian Refrigeran

Sebelum melakukan pengisian refrigeran ada beberapa proses yang perlu

dilakukan antara lain (a) proses pemetilan, (b) proses pemvakuman dan (c) proses

pengisian refrigeran R 134a. Adapun penjelasannya sebagai berikut:

a. Proses pemetilan

Proses pemetilan adalah pemberian metil pada pipa kapiler yang telah

dipasang pada mesin kompresi uap dengan cara yaitu:

1. Menghidupkan kompresor dan membuka tutup pentil.

2. Menuang metil kira-kira 1 tutup botol metil pada tutup botol.

3. Memasukkan ujung pipa kapiler, pada tutup botol yang terisi metil, agar

metil akan dihisap oleh pipa kapiler tersebut.

4. Mematikan kompresor dan mengelas ujung pipa kapiler pada lubang keluar

filter, agar ujung pipa kapiler tertutup rapat.

b. Proses pemvakuman

Proses pemvakuman merupakan proses menghilangkan udara, uap air dan

kotoran, yang terjebak dalam mesin siklus kompresi uap. Langkah-langkah

pemvakuman yang dilakukan:


48

1. Mempersiapkan pressure gauge dengan 1 selang (low pressure), yang

dipasang pada pentil yang sudah dipasang dopnya dan 1 selang (high

pressure) yang dipasang pada tabung refrigeran.

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

refrigeran diposisikan tertutup.

3. Menghidupkan kompresor, udara yang terjebak dalam siklus akan tersedot

keluar melalui ujung dari pipa kapiler yang terdapat pada filter.

4. Memastikan udara yang terjebak telah habis. Untuk memastikannya dengan

cara menyalakan korek api dan ditaruh di depan ujung pipa kapiler pada

filter.

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

6. Untuk mengecek kebocoran sambungan pada pipa dilakukan dengan

mengusap sambungan pipa dengan sabun. Apabila terdapat gelembung-

gelembung udara maka sambungan tersebut masih terjadi kebocoran.

7. Setelah diketahui tidak terdapat kebocoran, langkah selanjutnya adalah

dengan mengelas ujung potongan pipa kapiler tersebut, sampai ujung pipa

kapiler buntu.

c. Proses pengisian refrigeran R 134a

Untuk melakukan pengisian refrigeran pada mesin dengan siklus kompresi

uap, terdapat beberapa langkah, seperti berikut:

1. Memasang salah satu selang pressure gauge berwarna biru (low pressure)

pada katup pengisisan katup tengah pressure gauge, dan ujung selang

satunya disabungkan ke tabung refrigeran R 134a.


49

Gambar 3.16 Pengisian Refrigeran R134a

2. Menghidupkan kompresor dan buka keran pada tabung refrigeran secara

perlahan-lahan. Setelah tekanan pada pressure gauge berada pada tekanan

yang diinginkan maka tutup keran pada tabung refrigeran.

3. Setelah selesai melakukan pengisian lepaskan selang pressure gauge dan cek

kebocoran lubang katub, sambungan pipa-pipa dengan busa sabun untuk

mengetahui kebocoran yang terjadi.

3.5.2 Skematik Pengambilan Data

Gambar 3.19 Menyajikan posisi dimana alat-alat ukur penelitian

ditempatkan.


50

Gambar 3.17 Skematik pengambilan data

Keterangan pada Gambar 3.19:

a. P1 (Pevap)

Pressure gauge berfungsi untuk mengukur tekanan kerja evaporator pada saat

mesin penyejuk udara bekerja.

b. P2 (Pcond)

Pressure gauge berfungsi untuk mengukur tekanan kerja kondensor pada saat

mesin penyejuk udara bekerja.

c. Thermocouple dan penampil suhu digital (T1)


51

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu refrigeran masuk

kompresor dari evaporator.

d. Thermocouple dan penampil suhu digital (T2)

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu refrigeran dari

kompresor menuju ke kondensor.

e. Thermocouple dan penampil suhu digital (T3)

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu refrigeran masuk

pipa kapiler.

f. Thermocouple dan penampil suhu digital (T4)

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu udara

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

udara).

g. Thermocouple dan penampil suhu digital (T5 )

Thermocouple dan penampil suhu digital menunjukkan suhu udara keluaran

hasil dari mesin penyejuk udara.

h. I

Ampermeter jenis tang ampre menunjukkan besarnya arus listrik kompresor

pada mesin siklus kompresi uap dari mesin penyejuk udara.

3.5.3 Langkah-langkah Pengambilan Data

Langkah-langkah yang dilakukan untuk mengambil data pada saat

penelitian dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Kalor.

2. Mengkalibrasi thermo couple sebelum digunakan.


52

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

4. Menyalakan mesin penyejuk udara sebelumnya melakukan pengecekan setiap

bagian mesin dan memastikan setiap komponen berfungsi dengan baik.

5. Menyalakan kipas.

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

7. Mengatur stopwatch untuk pengambilan data setiap 15 menit sekali.

8. Data yang perlu dicatat setiap 15 menit adalah:

P1 (Pevap) :Tekanan kerja evaporator (bar).

P2 (Pcond) : Tekanan kerja kondensor (bar).

T1 : Suhu refrigeran menuju ke kompresor (oC).

T2 : Suhu refrigeran menuju ke kondensor (oC).

T3 : Suhu refrigeran masuk pipa kapiler (oC).

T4 : Suhu udara ruangan kamar (oC).

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

I : Besarnya arus listrik yang dipergunakan kompresor (A).

9. Hasil data penelitian di sajikan pada Tzzabel 3.2

Tabel 3.2 Tabel yang digunakan untuk mencatat data penelitian.

No Waktu P1 P2 T1 T2 T3 T4 T5 I

menit (bar) (bar) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (A)

1 0

2 15

3 30

4 45

5 60

6 75

7 90

8 105

9 120


53

3.5.4 Cara Mengolah Data

Cara yang diperoleh dari hasil pengamatan langsung pada saat penelitian.

Hasil pencatatan data dimasukan kedalam Tabel 3.2. Langkah-langkah mengolah

data, dilakukan sebagai berikut:

a. Data yang diperoleh dari penelitian dimasukkan dalam tabel seperti Tabel 3.2.

Kemudian menghitung rata-rata dari percobaan setiap variasinya.

b. Untuk dapat menggunakan diagram P-h maka tekanan refrigeran Pcond dan

Pevap harus dikonversikan dari satuan ke satuan yang sesuai dengan diagram

P-h yang dipergunakan.

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

menggunakan Persamaan (2.2).

d. Menghitung kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran

(Win) menggunakan Persamaan (2.1).

e. Menghitung kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran

(Qin) menggunakan Persamaan (2.3).

f. Menghitung nilai COPaktual dan COPideal dari mesin siklus kompresi uap

dengan menggunakan Persamaan (2.4) dan Persamaan (2.5).

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

(2.6).

h. Menghitung laju aliran massa refrigeran.

i. Mengolah data suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara.


54

Untuk memudahkan pembahasan, hasil-hasil pengolahan data, digambarkan

dalam grafik. Pembahasan dilakukan terhadap grafik yang dihasilkan, dengan

mengacu pada tujuan penelitian.

3.5.5 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan didapat dari hasil pengolahan data. Dari pengolahan data

dapat dilakukan pembahasan terhadap hasil-hasil penelitian dan hasil-hasil

penelitian yang telah dilakukan para peneliti sebelumnya. Untuk mempermudah

pembahasan, hasil pengolahan data ditampilkan dalam bentuk grafik. Pembahasan

dilakukan dengan berdasarkan tujuan penelitian. Kesimpulan diambil dari intisari

hasil-hasil pembahasan dan menjawab tujuan penelitian.


55

BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil penelitian

Data hasil penelitian yang didapatkan dalam penelitian mesin penyejuk

udara dengan variasi jumlah ice pack meliputi; tekanan refrigeran yang masuk

kompresor (P1), tekanan refrigeran yang keluar kompresor (P2), arus listrik yang

mengalir di dalam kompresor (I), suhu refrigeran yang masuk kompresor (T1),

suhu refrigeran yang keluar kompresor (T2), suhu refrigeran yang masuk pipa

kapiler (T3), suhu udara lingkungan diambil di ruangan sekitar mesin penyejuk

udara (T4), dan suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara (T5).

Pengambilan data dilakukan 4 kali untuk setiap variasi, kemudian dihitung dan

didapat hasil rata-ratanya. Hasil rata-rata pengambilan data mesin penyejuk udara

disajikan pada Tabel 4.1 s.d. Tabel 4.3.

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

No Waktu

(menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5

(bar) (bar) (A) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC)

1 0 1,6 13,0 0,81 25,3 55,8 39,8 28,3 19,3

2 15 2,0 15,0 0,82 25,5 69,3 45,6 28,3 25,1

3 30 2,1 15,6 0,83 25,2 75,7 47,4 28,6 25,6

4 45 2,2 15,8 0,85 26,1 77,5 47,3 29,0 25,9

5 60 2,3 15,9 0,86 26,2 79,7 47,7 29,1 26,0

6 75 2,3 15,8 0,88 26,2 81,6 47,4 29,1 26,0

7 90 2,4 15,9 0,90 26,2 82,1 47,8 29,0 26,1

8 105 2,3 16,0 0,90 26,2 82,9 48,4 29,1 26,2

9 120 2,3 16,0 0,90 26,2 83,1 48,4 29,1 26,4


56

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

No Waktu

(menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5


1 0 1,6 13,3 0,82 25,0 52,8 40,9 28,0 11,9

2 15 1,8 13,9 0,83 26,4 61,6 42,4 27,9 16,8

3 30 1,9 14,2 0,86 23,5 72,6 43,4 28,0 18,1

4 45 2,0 14,6 0,86 24,2 74,8 44,7 28,6 18,9

5 60 2,0 14,7 0,88 23,8 79,5 45,8 28,1 19,5

6 75 2,1 14,9 0,87 23,8 81,8 46,2 28,3 20,2

7 90 2,1 15,2 0,89 26,3 84,0 47,4 28,2 20,6

8 105 2,2 15,5 0,89 29,2 85,4 47,6 28,3 21,4

9 120 2,2 15,3 0,90 26,1 80,1 47,8 28,5 22,2

10 135 2,2 15,7 0,90 25,6 80,0 48,5 28,5 23,1

11 150 2,2 15,9 0,91 25,3 81,6 48,6 28,8 23,9

12 165 2,2 15,9 0,90 25,7 80,4 48,7 28,8 24,6

13 180 2,2 16,0 0,91 25,8 81,5 49,1 28,9 25,0

14 195 2,2 16,0 0,91 26,0 82,2 49,1 29,0 25,2

15 210 2,3 16,0 0,93 25,9 83,3 49,7 28,9 25,5

16 225 2,2 16,0 0,92 26,4 83,3 49,6 29,0 25,4

17 240 2,2 16,2 0,92 28,0 83,1 49,7 29,0 25,8

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

No Waktu

(menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5


1 0 1,6 13,0 0,80 22,5 59,2 40,2 28,1 9,4

2 15 1,8 14,0 0,81 22,4 64,0 41,9 29,1 11,5

3 30 1,8 14,2 0,84 22,2 69,9 42,7 27,9 12,0

4 45 1,9 14,4 0,86 22,4 79,9 44,0 28,0 12,3

5 60 1,9 14,5 0,86 21,8 79,7 44,6 28,2 13,1

6 75 1,9 14,7 0,87 21,9 81,5 44,9 28,4 13,5

7 90 1,9 15,0 0,87 22,3 84,4 44,8 28,2 14,4

8 105 2,0 15,2 0,88 21,9 80,0 45,2 28,2 14,8

9 120 2,0 15,5 0,88 22,6 83,6 45,7 28,6 15,6

10 135 2,0 15,7 0,88 22,5 85,6 46,3 28,6 16,4

11 150 2,1 15,7 0,88 22,3 87,2 46,5 28,5 17,0

12 165 2,1 15,9 0,89 22,3 86,0 46,4 28,8 18,0


57

No Waktu

(menit)

P1

(bar)

P2

(bar)

I

(A)

T1

(ᵒC)

T2

(ᵒC)

T3

(ᵒC)

T4

(ᵒC)

T5

(ᵒC)

13 180 2,1 16,1 0,89 23,0 86,1 47,1 29,1 19,0

14 195 2,1 16,0 0,89 25,6 86,9 47,4 29,1 19,9

15 210 2,1 16,0 0,90 26,0 86,3 47,4 29,2 21,7

16 225 2,1 16,1 0,90 25,9 86,8 47,7 29,4 21,5

17 240 2,1 16,0 0,90 26,0 86,8 47,0 29,5 22,2

18 255 2,1 16,2 0,91 26,4 87,0 47,3 29,9 22,9

19 270 2,1 16,0 0,90 25,7 88,1 47,1 29,1 23,1

20 285 2,1 16,1 0,89 25,7 87,9 47,0 29,2 23,4

21 300 2,2 16,0 0,90 25,7 88,5 47,4 29,3 23,4

22 315 2,2 16,3 0,92 25,7 88,0 47,4 29,8 23,9

23 330 2,2 16,4 0,92 26,0 88,1 47,3 29,8 24,1

24 345 2,2 16,4 0,93 25,9 87,8 47,6 29,7 24,5

25 360 2,2 16,7 0,92 27,8 88,1 47,6 29,9 24,8

Dari pengambilan data diperoleh tekanan refrigeran yang masuk kompresor

(P1) dan tekanan refrigeran yang keluar kompresor (P2) dalam tekanan

pengukuran (Pgauge). Dalam menggambarkan p-h diagram tekanan refrigeran

menggunakan tekanan absolut (Pabsolut). Untuk mengkonversi tekanan

pengukuran ke tekanan absolut, dapat dilakukan mempergunakan persamaan

Pabsolut = Pgauge + Patm. Tekanan atmosfer (Patm) yaitu 1 atm. Nilai-nilai pada Tabel

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

Untuk mempermudah dalam perhitungan dan pembahasan kemudian ambil

lima data dari setiap variasi. Data disajikan pada Tabel 4.4 s.d. Tabel 4.6.

Tabel 4.4 Data untuk perhitungan dan pembahasan mesin penyejuk udara tanpa


No Waktu

(menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5


1 0 1,6 13 0,81 25,3 55,8 39,8 28,3 19,3

2 30 2,1 15,6 0,83 25,2 75,7 47,4 28,6 25,6

3 60 2,3 15,9 0,86 26,2 79,7 47,7 29,1 26,0


58

No Waktu

(menit)

P1

(bar)

P2

(bar)

I

(A)

T1

(ᵒC)

T2

(ᵒC)

T3

(ᵒC)

T4

(ᵒC)

T5

(ᵒC)

4 90 2,4 15,9 0,90 26,2 82,1 47,8 29,0 26,1

5 120 2,3 16 0,90 26,2 83 48,4 29,1 26,4



No Waktu

(menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5


1 0 1,6 13,3 0,82 25,0 52,8 40,9 28,0 11,9

2 60 2,0 14,7 0,88 23,8 79,5 45,8 28,1 19,5

3 120 2,2 15,3 0,90 26,1 80,1 47,8 28,5 22,2

4 180 2,2 16,0 0,91 25,8 81,5 49,1 28,9 25,0

5 240 2,2 16,2 0,92 28,0 83,1 49,7 29,0 25,8



No Waktu

(menit)

P1 P2 I T1 T2 T3 T4 T5


1 0 1,6 13,0 0,80 22,5 59,2 40,2 28,1 9,4

2 90 1,9 15,0 0,87 22,3 84,4 44,8 28,2 14,4

3 180 2,1 16,1 0,89 23,0 86,1 47,1 29,1 19,0

4 270 2,1 16,0 0,90 25,7 88,1 47,1 29,1 23,1

5 360 2,2 16,7 0,92 27,8 88,1 47,6 29,9 24,8

4.2 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor

Nilai entalpi (h), suhu kerja evaporator (Tevap) dan suhu kerja kondensor

(Tcond) diperoleh dengan menggunakan diagram P-h refrigeran R134a. Data suhu (

T1 & T3) dan tekanan (P1 & P2) yang telah diperoleh dari pengujian sebelumnya,

digambarkan pada diagram P-h, untuk mengetahui hasil-hasil dari nilai entalpi (h1,


59

h2, h3, h4). Hasil seluruh nilai entalpi yang telah diolah disajikan pada Tabel 4.7

s.d. Tabel 4.9.

Tabel 4.7 Nilai entalpi mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack

No Waktu

(menit)

h1 h2 h3 h4 Tevap Tcond

(kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (K) (K)

1 0 422 480 258 258 255,2 323,2

2 30 424 472 268 268 264,2 328,2

3 60 422 470 270 270 265,2 329,2

4 90 422 468 268 268 270,2 330,2

5 120 422 466 270 270 269,2 329,2

Tabel 4.8 Nilai entalpi mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack

No Waktu

(menit)



1 0 422 478 260 260 255,2 321,2

2 60 422 468 266 266 263,2 323,2

3 120 422 468 270 270 265,2 327,2

4 180 422 468 270 270 265,2 330,2

5 240 422 470 271 271 265,2 331,2

Table 4.9 Nilai entalpi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack

No Waktu

(menit)



1 b 420 476 258 258 256,2 322,2

2 90 422 480 264 264 262,2 326,2

3 180 420 468 268 268 264,2 331,2

4 270 424 470 266 268 268,0 330,2

5 360 421 470 268 268 266,2 332,2

Dari diagram P-h diperoleh suhu evaporator (Tevap) dan suhu kondensor

(Tcond) dalam satuan ºC. Dalam perhitungan suhu evaporator (Tevap) dan suhu

kondensor (Tcond) menggunakan suhu mutlak dalam satuan K (Kelvin). Untuk

mengkonversi suhu dari satuan ºC ke Kelvin, dapat dilakukan dengan


60

mempergunakan persamaan T (K) = (ºC + 273.16). Suhu kerja evaporator (Tevap)

dan suhu kondensor (Tcond) dapat dilihat pada Tabel 4.7 s.d. Tabel 4.9.

4.3 Perhitungan dan pengolahan data

Contoh untuk perhitungan karakteristik mesin siklus kompresi uap yang

dipergunakan mesin penyejuk udara, diambil dari data mesin penyejuk udara

tanpa menggunakan ice pack pada menit ke 120. Perhitungan karakteristik siklus

kompresi uap dari mesin penyejuk udara, meliputi: kerja kompresor (Win), energi

kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout), energi kalor

yang diserap oleh evaporator (Qin), koefisien prestasi aktual/Coefficient of

Performance aktual ( aktualCOP ), koefisien prestasi ideal/Coefficient of

Performance ideal (COPideal), efisiensi ( ) dan laju aliran massa refrigeran ( m ).

Data yang tertera pada diagram P-h dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Diagram P-h R134a Mesin penyejuk udara tanpa menggunakan

ice pack pada menit (t) ke 120


61

Tabel 2.10 Keterangan dari diagram P-h yang tertera pada Gambar 4.1 yaitu :

Waktu

(menit)



120 422 466 270 270 269,2 329,2

Tevap dan Tcond didapat dari:

Tevap = -4 ºC , Tevap = -4 ºC + 273,16 = 269,2 K

Tcond = 56 ºC , Tcond = 56 ºC + 273,16 = 329,2 K

a. Kerja kompresor (Win)

Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang

diperlukan oleh mesin penyejuk udara, dapat dihitung menggunakan Persamaan

(2.1):

12 hhWin

Win = 466 - 422 = 44 kJ/kg

Maka kerja kompresor mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack pada

menit ke 120 sebesar 44 kJ/kg.

b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout)

Untuk mendapatkan energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh

kondensor yang dihasilkan oleh mesin penyejuk udara, dapat dihitung

menggunakan Persamaan (2.2):

32 hhQout

Qout = 466 – 270 = 196 kJ/kg

Maka energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor mesin


62

penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack pada menit ke 120 sebesar 196

kJ/kg.

c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)

Untuk mendapatkan energi kalor yang diserap oleh evaporator yang dihasilkan

oleh mesin penyejuk udara, dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3):

41 hhQin

Qin = 422 – 270 = 152 kJ/kg

Maka energi kalor yang diserap oleh evaporator mesin penyejuk udara tanpa

menggunakan ice pack pada menit ke 120 sebesar 152 kJ/kg.

d. Koefisien prestasi aktual ( aktualCOP )

COPaktual dipergunakan untuk mengetahui unjuk kerja mesin siklus kompresi

uap dari mesin penyejuk udara, dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.4):

12

41

hh

hh

W

QCOP

in

inaktual

45,3422466

270422

in

in

aktualW

QCOP

Maka COPaktual mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack pada menit ke

120 sebesar 3,45.

e. Koefisien prestasi ideal (COPideal)

Untuk menghitung COPideal mesin siklus kompresi uap pada mesin penyejuk


63

udara, dapat menggunakan Persamaan (2.5):

evapcond

evap

idealTT

TCOP

49,416,26916,329

16,269

idealCOP

Maka COPideal mesin siklus kompresi uap pada mesin penyejuk udara tanpa

menggunakan ice pack pada menit ke 120 sebesar 4,49.

f. Efisiensi ( )

Untuk mendapatkan efisiensi yang dihasilkan oleh mesin siklus kompresi uap

mesin penyejuk udara, dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.6):

%100ideal

aktual

COP

COP

%0,77%10049,4

45,3

Maka efisiensi siklus kompresi uap pada mesin penyejuk udara tanpa

menggunakan ice pack pada menit ke 120 sebesar 77,0%.

g. Laju aliran massa refrigeran ( m )

Untuk mendapatkan laju aliran massa refrigeran pada siklus kompresi uap

pada mesin penyejuk udara, dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.8):

1000

inW

VIm

0045,0100044

2209,0

m kg/s


64

Maka laju aliran massa refrigeran dari mesin siklus kompresi uap pada mesin

penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack pada menit ke 120 sebesar sebesar

0,0045 kg/s.

4.4 Hasil perhitungan

Hasil perhitungan secara keseluruhan dari mesin penyejuk udara untuk nilai

kerja kompresor persamaan massa refrigeran (Win), energi kalor persatuan massa

refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout), energi kalor persatuan massa

refrigeran yang diserap oleh evaporator (Qin), (COPaktual), (COPideal), efisiensi ( ),

dan laju aliran massa refrigeran ( m ) disajikan pada Tabel 4.11 s.d .Tabel 4.13.

Tabel 4.11 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara tanpa


No Waktu

(menit)

Win Qout Qin COPaktual COPideal Efisiensi

ṁ

kg/s kJ/kg kJ/kg kJ/kg

1 0 58 222 164 2,83 3,75 75,4 0,0031

2 30 48 204 156 3,25 4,13 78,7 0,0038

3 60 48 200 152 3,17 4,14 76,4 0,0039

4 90 46 200 154 3,35 4,50 74,4 0,0043

5 120 44 196 152 3,45 4,49 77,0 0,0045

Tabel 4.12 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara menggunakan 10

ice pack

No Waktu

(menit)

Win Qout Qin COPaktual COPideal Efisiensi

ṁ

kg/s kJ/kg kJ/kg kJ/kg

1 0 56 218 162 2,89 3,87 74,8 0,0032

2 60 46 202 156 3,39 4,39 77,3 0,0041

3 120 46 198 152 3,30 4,28 77,3 0,0043

4 180 46 198 152 3,30 4,08 81,0 0,0044

5 240 48 199 151 3,15 4,02 78,3 0,0042


65

Tabel 4.13 Hasil perhitungan karateristik mesin penyejuk udara menggunakan 20

ice pack

No Waktu

(menit)

Win Qout Qin COPaktual COPideal

ɳ ṁ

kg/s kJ/kg kJ/kg kJ/kg (%)

1 0 56 218 162 2,89 3,88 74,5 0,0031

2 90 58 216 158 2,72 4,10 66,5 0,0032

3 180 48 200 152 3,17 3,94 80,3 0,0040

4 270 46 204 156 3,39 4,31 78,7 0,0043

5 360 49 202 153 3,12 4,03 77,4 0,0041

4.5 Pembahasan

4.5.1 Mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack

Dari hasil perhitungan diperoleh nilai Win, Qout, Qin, laju aliran massa

refrigeran, COPaktual, COPideal, efisiensi dan suhu udara yang dihasilkan pada

mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice pack dari waktu ke waktu. Gambar

grafik hasil perhitungan mesin penyejuk udara tanpa ice pack secara keseluruhan

disajikan pada Gambar 4.2 s.d. Gambar 4.6.

Gambar 4.2 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara tanpa

menggunakan ice pack dari waktu ke waktu.

0

50

100

150

200

250

0 30 60 90 120

kJ/

kg

Waktu(menit)

Win

Qout

Qin


66

Gambar 4.2 memperlihatkan besar nilai kerja kompresor persatuan massa

refrigeran (Win) dari waktu ke waktu. Seperti yang terlihat pada Gambar 4.2 nilai

kerja kompresor dari menit 0 sampai dengan menit ke 120 tidak berubah secara

signifikan nilainya relature tetap, perubahan kecil ini bisa terjadi karena kondisi

kompresor yang dari waktu ke waktu semakin meningkat suhu casingnya dan juga

kondisi udara kamar yang lerature tidak tetap. Nilai kerja kompresor tertinggi

sebesar 58 kJ/kg dan nilai kerja kompresor terendah sebesar 46 kJ/kg. dan nilai

rata-rata sebesar 51,4 kJ/kg.

Gambar 4.2 memperlihatkan besar nilai energi kalor persatuan massa

refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout) dari waktu ke waktu. Nilai Qout

tertinggi sebesar 218 kJ/kg dan nilai Qout terendah sebesar 200 kJ/kg. Kalor

persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor pada menit ke 30 sampai

menit 120 cenderung konstan dan sedikit mengalami penurunan. Perubahan yang

sedikit terjadi ini, kemungkinan karena ada kondisi udara di dalam ruangan yang

berubah-ubah. Demikian juga adanya perubahan pada kondisi ice pack yang

semakin meningkat suhunya.

Gambar 4.2 memperlihatkan besar nilai energi kalor yang diserap oleh

evaporator (Qin) dari waktu ke waktu. Nilai Qin tertinggi sebesar 162 kJ/kg dan

nilai Qin terendah sebesar 152 kJ/kg. Rata-rata nilai Qin dari menit ke 0 sampai

menit ke 120 sebesar 156,2 kJ/kg. Nilai ini relatif tidak berubah. Perubahan kecil

yang terjadi pada Qin bisa jadi karena disebabkan karena kondisi ice pack yang

semakin meningkat suhunya. Kondisi kerja kondensor yang selalu berubah-ubah


67

dan kompresor mempengaruhi nilai dari Qin. Dibeberapa bagian pipa juga terjadi

tiks es yang menempel pada bagian permukaan luar pipa.

Gambar 4.3 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara tanpa


Gambar 4.3 memperlihatkan besar laju aliran massa refrigeran (ṁ) dari

waktu ke waktu. Nilai laju aliran massa refrigeran tertinggi sebesar 0,0043 kg/s

dan nilai laju aliran massa refrigeran terendah sebesar 0,0031. Rata-rata nilai laju

aliran massa refrigeran dari menit ke 0 sampai menit ke 120 sebesar 0,0038 kg/s.

Gambar 4.4 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara tanpa


0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

0,0045

0,0050

0 30 60 90 120

laju

ali

ran m

assa

ref

riger

an

kg/s

Waktu (menit)

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

0 30 60 90 120

CO

P

WAKTU (MENIT)

COPaktual

COPideal


68

Gambar 4.4 memperlihatkan besar nilai koefisien prestasi aktual (COPaktual)

dari waktu ke waktu. Nilai COPaktual tertinggi sebesar 3,45 dan nilai COPaktual

terendah sebesar 2,83 . Rata-rata nilai COPaktual dari menit ke 0 sampai menit ke

120 sebesar 3,21.

Gambar 4.4 memperlihatkan besar nilai koefisien prestasi ideal (COPideal)

dari waktu ke waktu. Nilai COPideal tertinggi sebesar 4,50 dan nilai COPideal

terendah sebesar 3,75. Rata-rata nilai COPideal dari menit ke 0 sampai menit ke 120

sebesar 4,20.

Gambar 4.5 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara tanpa menggunakan ice


Gambar 4.5 memperlihatkan besar nilai efisiensi ( ) dari waktu ke waktu.

Nilai efisiensi tertinggi sebesar 78,7 % dan nilai efisiensi terendah sebesar 74,4 %.

Nilai efisiensi tidak dapat mencapai 100% dan nilai rata-rata efisiensi karena

proses pada siklus kompresi uap tidak berjalan secara ideal, seperti (1) Ketika

0

20

40

60

80

100

0 30 60 90 120

Efis

ien

si (

%)

Waktu (menit)


69

kompresor bekerja, casing kompresor menjadi panas sehingga terjadi proses

perpindahan kalor dari kompresor ke udara sekitar. (2) Ketika evaporator bekerja,

di sebagian evaporator terjadi pembentukan bunga es, sehingga kalor yang diserap

tidak berjalan dengan maksimal. (3) Ketika kondensor bekerja, suhu panas pada

kondensor mempengaruhi unjuk kerja mesin penyejuk udara karena letak

kondensor dekat dengan mesin penyejuk udara dan kondensor tidak diletakkan

terpisah dengan mesin penyejuk udara. (4) Isolator yang tidak sempurna pada

pipa-pipa saluran pada mesin pendingin yang menghubungkan antara komponen

satu dengan komponen yang lain. Seiring semakin lama berjalannya waktu maka

nilai efisiensi akan semakin turun.

Gambar 4.6 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara tanpa


Gambar 4.6 memperlihatkan suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk

udara tanpa ice pack dari waktu ke waktu. Suhu udara terendah terjadi pada menit

ke 0 sebesar 19,3 ºC. Mesin penyejuk udara tanpa ice pack dapat menghasilkan

0

10

20

30

40

50

0 30 60 90 120

Suhu (

ºC)

Waktu (menit)


70

suhu udara yang sejuk dan mampu bertahan sampai 120 menit (2 jam) pada suhu

26,4 ºC, dengan bantuan kipas exhouse untuk membantu menghembuskan udara.

Suhu udara yang dihasilkan semakin naik karena pengaruh dari ice pack yang

mulai mencair.

4.5.2 Mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack



mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu. Gambar

nilai hasil perhitungan mesin penyejuk udara tanpa ice pack secara keseluruhan

disajikan pada Gambar 4.7 s.d. Gambar 4.11.

Gambar 4.7 Nilai Win, Qout, dan Qin mesin penyejuk udara menggunakan 10

ice pack dari waktu ke waktu



0

50

100

150

200

250

0 60 120 180 240

kJ/

kg

Waktu (menit)

Win

Qout

Qin


71












sedikit ini, kemungkinan karena ada kondisi udara di dalam ruangan yang












72

Gambar 4.8 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara




dan nilai laju aliran massa refrigeran terendah sebesar 0,0032 kg/s. Rata-rata nilai

laju aliran massa refrigeran dari menit ke 0 sampai menit ke 240 sebesar 0,0040

kg/s.

Gambar 4.9 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara



0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

0,0045

0,0050

0 60 120 180 240laju

ali

ran m

assa

ref

riger

an

kg/s

Waktu (menit)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 60 120 180 240

CO

P

Waktu (menit)

COPaktual

COPideal


73


terendah sebesar 3,16. Rata-rata nilai COPaktual dari menit ke 0 sampai menit ke

240 sebesar 2,89.



terendah sebesar 3,87. Rata-rata nilai COPideal dari menit ke 0 sampai menit ke

240 sebesar 4,13.

Gambar 4.10 Nilai efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack

dari waktu ke waktu


Nilai efisiensi tertinggi sebesar 81 % dan nilai efisiensi terendah sebesar 74,8 %.


proses pada siklus kompresi uap tidak berjalan seara ideal, seperti (1) Ketika



di evaporator terjadi pembentukan bunga es, sehingga kalor yang diserap tidak

0

20

40

60

80

100

0 60 120 180 240

Efi

sien

si (

%)

Waktu (menit)


74

berjalan dengan maksimal. (3) Ketika kondensor bekerja, suhu panas pada



terpisah dengan mesin penyejuk udara. (4) Isolator yang tidak sempurna pada


satu dengan komponen yang lain. Seiring semakin lama berjalanya waktu maka

nilai efisiensi akan semakin turun.

Gambar 4.11 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara



udara menggunakan 10 ice pack dari waktu ke waktu. Suhu udara terendah terjadi

dimenit ke 0 sebesar 11,9 ºC dan suhu udara tertinggi terjadi dimenit ke 240

sebesar 25,4 ºC. Mesin penyejuk udara menggunakan 10 ice pack dapat

menghasilkan suhu udara yang sejuk dan mampu bertahan sampai 240 menit (4

jam) dan dengan bantuan kipas exhouse untuk membantu menghembuskan udara.

0

10

20

30

40

50

0 60 120 180 240

Suh

u (⁰C

)

Waktu (menit)


75

Pengaruh 10 ice pack yang membuat mesin penyejuk udara mampu bertahan lebih

lama dan udara yang dihasikan lebih sejuk dibandingkan dengan variasi mesin

penyejuk udara tanpa ice pack.

4.5.3 Mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack



mesin penyejuk udara dari waktu ke waktu dengan menggunakan tambahan 20 ice

pack. Gambar grafik hasil perhitungan mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice

pack secara keseluruhan disajikan pada Gambar 4.12 s.d. Gambar 4.16.

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






0

50

100

150

200

250

0 90 180 270 360

kJ/

kg

Waktu (menit)

Win

Qout

Qin


76










sedikit ini, kemungkinan karena ada kondisi udara di dalam ruangan yang












77

Gambar 4.13 Nilai laju aliran massa refrigeran mesin penyejuk udara




dan nilai laju aliran massa refrigeran terendah sebesar 0,0031 kg/s. Rata-rata laju

aliran massa refrigeran dari menit ke 0 sampai menit ke 360 sebesar 0,0038 kg/s.

Gambar 4.14 Nilai COPaktual dan COPideal mesin penyejuk udara menggunakan


0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

0,0045

0,0050

0 90 180 270 360

laju

ali

ran m

assa

ref

riger

an

kg/s

Waktu (menit)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 90 180 270 360

CO

P

Waktu (menit)

COPaktual

COPideal


78



terendah sebesar 2,72. Rata-rata nilai COPaktual dari menit ke 0 sampai menit ke

360 sebesar 3,08.



terendah sebesar 3,88. Rata-rata nilai COPideal dari menit ke 0 sampai menit ke

360 sebesar 4.05.

Gambar 4.15 Grafik efisiensi mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice



Nilai efisiensi tertinggi sebesar 80,3% dan nilai efisiensi terendah sebesar 66,5%.


proses pada siklus kompresi uap tidak berjalan secara ideal, seperti (1) Ketika


0

20

40

60

80

100

0 90 180 270 360

Efi

sien

si (

%)

Waktu (menit)


79


di evaporator terjadi pembentukan bunga es, sehingga kalor yang diserap tidak

berjalan dengan maksimal. (3) Ketika kondensor bekerja, suhu panas pada



terpisah dengan mesin penyejuk udara. (4) Isolator yang tidak sempuran pada


satu dengan komponen yang lain. Seiring berjalanya waktu semakin lama nilai

efisiensi akan semakin turun.

Gambar 4.16 Suhu udara yang dihasilkan mesin penyejuk udara menggunakan



udara menggunakan 20 ice pack dari waktu ke waktu. Suhu udara terendah terjadi

dimenit ke 0 sebesar 9,4 ºC dan suhu udara tertinggi terjadi dimenit ke 360

0

10

20

30

40

50

0 90 180 270 360

Suhu (

ºC)

Waktu (menit)


80

sebesar 24,8 ºC. Mesin penyejuk udara menggunakan 20 ice pack dapat

menghasilkan suhu udara yang sejuk dan mampu bertahan sampai 360 menit (6

jam), Pengaruh 20 ice pack yang membuat mesin penyejuk udara mampu bertahan

lebih lama dan udara yang dihasikan lebih sejuk dibandingkan dengan variasi

mesin penyejuk udara tanpa ice pack dan 10 ice pack.


81

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Hasil dari penelitian mesin penyejuk udara dengan siklus kompresi uap

mempergunakan variasi tanpa ice pack, 10 ice pack dan 20 ice pack, dapat

disimpulkan bahwa :

a. Mesin penyejuk udara sederhana yang terdiri dari mesin pendingin dengan siklus

kompresi uap dan ice pack berhasil dibuat serta dapat bekerja sesuai dengan yang

diharapkan.

b. Nilai rata-rata COP terbaik didapat pada variasi menggunakan 10 ice pack

dengan nilai COPaktual sebesar 3,39 dan nilai COPideal sebesar 4,39. Nilai rata-

rata efisiensi terbaik dari waktu waktu didapat pada variasi menggunakan 10 ice

pack sebesar 77,7%

c. Mesin penyejuk udara dengan siklus kompresi uap mendapatkan hasil kondisi

suhu udara dibawah 25 oC terbaik pada variasi menggunakan 20 ice pack.

Kondisi udara pada menit 0 sebesar 9,4 oC dan mampu bertahan sampai 360

menit (6 jam) pada suhu 24,8 oC.

5.2 Saran

Adapun beberapa saran yang dapat dijadikan pengembangan dan perbaikan

dalam penelitian mesin penyejuk udara dengan siklus kompresi uap menggunakan

kompresor berdaya 1/8 PK dan ice pack :


82

a. Agar mendapatkan hasil yang maksimal pada penelitian selanjutnya ruangan

harus dalam kondisi tertutup rapat dan pintu tidak dibuka-tutup.

b. Jumlah ice pack diperbanyak agar suhu yang dihasilkan lebih sejuk dan mampu

bertahan lebih lama.

c. Sebelum pengambilan data sebaiknya kalibrasi ulang alat ukur agar

mendapatkan hasil yang lebih akurat.


83

DAFTAR PUSTAKA

Aji Laksana, Wedha (2012).“Mesin Pendingin Dengan Pemanasan Lanjut Dan

Pendinginan Lanjut” Skripsi pada Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma

Holman. JP. 1998 “perpindahan kalor edisi keenam” Jakarta: Penerbit Erlangga

Panggalih, L.L (2013). “Mesin Pendingin Air Dengan Siklus Kompresi Uap”

Skripsi pada Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

Pornomo, Heroe (2015)” analisis karakteristik unjuk kerja sistem pendingin (air

conditioning) yang menggunkan freon r-22 berdasarkan pada variasi

putaran kipas pendingin kondensor”

Suryaimal dan Marthiana. (2013) “performa mesin pendingin menggunakan

refrigeran R22 dan R134a dengan variasi bukaan katup pada fan kondensor

(1/4, 2/4, 3/4, 4/4).

Willyam Runggkary, Reynold (2013). “Karakteristik Mesin Frezzer Berpenukar

Kalor Dengan Pipa Kapiler Melilit Pipa Keluaran” Skripsi pada Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma

http://www.academia.edu/6854118/Penggunaan_Refrigeran_R22_dan_R134a_pa

da_Mesin_Pendingin


84

LAMPIRAN

A. Foto alat yang digunakan dalam penelitian

A.1 Rancangan mesin penyejuk udara

A.2 Pengelasan sambungan pipa-pipa kapiler


85

A.3 Pengisian refrigeran R134a

B. Gambar diagram P-h

Gambar B.1 diagram P-h pada variasi tanpa ice pack pada waktu (t) ke 0


86




87




88

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

0


60


89


120


180


90

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

ke 240


ke 0


91


ke 90


ke 180


92


ke 270


ke 360


KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN VARIASI ICE … fileii THE CHARACTERISTIC OF AIR...

Documents

Transcript of KARAKTERISTIK MESIN PENYEJUK UDARA DENGAN VARIASI ICE … fileii THE CHARACTERISTIC OF AIR...