ANALISIS VOLUME ATUR - HEATING Nur Hasanah Azka T#1, Febrilia Ramadani#2, Vincencius Cahya D#3, Sahal Abidy Makki#4, Nur

Fadhilah#5, Angela Indirarosi W#6

Asisten : Hari Kurniawan

#Program Studi Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1azkatiffany@gmail.com

2febrilia.ramadani@gmail.com 3vincentcahya@gmail.com

4shadmacc7@gmail.com 5nurfadhilah321@gmail.com

6angelaindirarosiw@yahoo.com

ABSTRAK

Analisis perubahan massa suatu sistem tertutup dalam suatu mekanisme sangat diperlukan untuk mengetahui besarnya

massa yang masuk maupun keluar. Hal tersebut juga berlaku terhadap perubahan energi dalam mekanisme tersebut. Dalam

proses termodinamika dikenal konsep kesetimbangan massa dan energi, dimana laju perubahan massa maupun energi dalam

volume atur sama dengan laju besaran input dikurangi besaran output, namun dalam kondisi steady laju perubahan dalam

volume atur dianggap nol sehingga besaran input sama dengan besaran output. Dalam praktikum ini, membahas tentang

analisis volume atur pada alat AC Laboratory Unit khususnya mengenai perubahan panas yang terjadi. Percobaan yang

dilakukan adalah mengamati suhu pada termometer dry dan wet bulb pada kondisi awal dan kondisi akhir, dimana dalam

pengamatan tersebut ada beberapa parameter yang diubah-ubah yaitu masukan tegangan dan putaran fan. Dari hasil

pengamatan didapatkan hasil bahwa semakin besar tegangan maka suhu akan berubah semakin besar namun untuk putaran

fan yang semakin besar maka suhu berubah semakin kecil. Sehingga dengan perubahan suhu tersebut dapat dicari

perubahan entalpinya, dan dapat ditentukan pula kalor yang digenerasikan dalam volume atur AC Laboratory Unit tersebut.

Kata kunci : Kesetimbangan massa-energi, volume atur, termometer dry-wet bulb, AC Laboratory Unit

I.PENDAHULUAN

Dalam kehidupan sehari-hari, secara alami angin

bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat

bertekanan rendah. Suhu ruangan naik ketika di luar

rumah sangat panas dan ventilasi kamar ditutup.

Sebaliknya, suhu ruangan akan turun apabila udara luar

memasuki ruangan pada saat ventilasi udara dibuka.

Turunnya suhu tersebut dikarenakan terjadi perpindahan

energi panas anatara ruangan dan angin. Proses tersebut

dapat dijelaskan dengan hukum-hukum Termodinamika.

Hukum I Termodinamika menjelaskan tentang neraca

energi pada suatu sistem. Massa tidak dapat

dimusnahkan, begitu pula energi. Massa dan energi hanya

akan berubah wujud dari satu bentuk ke bentuk lainnya

atau berpindah ke lain tempat. Pada Hukum II

Termodinamika, Clausius menyatakan bahwa tidak akan

mungkin terjadi perpindahan energi dari suhu rendah ke

suhu tinggi. Namun AC dapat mengkondisikan suhu

suatu ruangan lebih dingin dari sebelumnya. Percobaan

ini di lakukan untuk mengetahui perpindahan panas pada

AC dengan analisis volume atur dan neraca

kesetimbangan energi. Sehingga didapatkan proses suhu

ruangan ber-AC dapat diturunkan.

II.ANALISIS ENERGI VOLUME ATUR

A. Kekekalan Massa Volume Atur

Prinsip kekekalan massa untuk volume atur

diperkenalkan dengan menggunakan Gambar 1, di mana

tampak sebuah sistem berupa sejumlah massa tetap m

yang menempati ruang yang berbeda pada saat waktu t

dan beberapa saat kemudian t + ∆t. Pada saat waktu t

jumlah massa dalam pembahasan ini adalah umlah massa

dari :

m = mcv(t) + mi

di mana mcv(t) adalah massa yang berada di dalam volume

atur, dan mi adalah massa yang berada dalam daerah kecil

yang bertanda i yang letaknya bersebelahan dengan

volume atur, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1.

Dalam selang waktu ∆t seluruh massa yang berada di

dalam daerah i melintasi batas volume atur, sementara

sebagian dari massa, sebut saja me, yang tadinya berada

di dalam volume atur akan keluar untuk mengisi satu

daerah berlabel e yang letaknya bersebelahan dengan

volume atur, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Pada waktu t + ∆t jumlah massa dalam pembahasan ini

adalah penjumlahan dari :

m = mcv(t + ∆t) + me

Gambar 1. Neraca Kesetimbangan Massa

Proses temodinamis pada volume atur dapat dianalisis

dengan prinsip kekekalan massa dan energi. Kekekalan

massa dalam volume atur dinyatakan :

𝑑

𝑑𝑡∫ 𝜌𝑑𝑉 = ∑(

𝑖

𝑣2

𝑣1

∫ 𝜌𝑉𝑛

𝐴2

𝐴1

𝑑𝐴)𝑖 − ∑(∫ 𝜌𝑉𝑛

𝐴2

𝐴1

𝑑𝐴)𝑒

𝑒

Pada keadaan steady nilai 𝑑𝑚𝑐𝑣

𝑑𝑡 = 0 sehingga persamaan

kekekalan massa dalam volume atur menjadi lebih

sederhana yaitu :

𝑑𝑚𝑐𝑣

𝑑𝑡= ∑ ��𝑖 − ∑ ��𝑒

𝑒

𝑖

B. Kekekalan Energi Volume Atur

Prinsip kekekalan energi volume atur dapat

diperkenalkan dengan menggunakan Gambar 2, yang

menunjukkan suatu sistem dengan jumlah tetap m, yang

mengisi daerah yang berbeda pada waktu waktu t dan

beberapa saat kemudian t + ∆t. Pada waktu t energi sistem

yang dibahas adalah :

E(t) = Ecv(t) + mi (𝑢𝑖 + 𝑉𝑖

2

2+ 𝑔𝑧𝑖)

Sedangkan pada waktu t + ∆t energi sistem yang dibahas

adalah :

E(t + ∆t.) = Ecv(t + ∆t.) + me (𝑢𝑒 + 𝑉𝑒

2

2+ 𝑔𝑧𝑒)

Gambar 2. Neraca Kesetimbangan Energi

Prinsip kekekalan energi pada volume atur diturunkan

dari hukum termodinamika pertama bahwa energy total

dalam system sama dengan akumulasi kalor dan kerja

yang keluar dan/atau masuk dalam sistem. Secara

matematis persamaan kekekalan energi dinyatakan

𝑑𝐸𝑐𝑣

𝑑𝑡= ��− 𝑊 + ��i(𝑢𝑖 +

𝑉𝑖2

2+ 𝑔𝑧𝑖)-��e(𝑢𝑒 +

𝑉𝑒2

2+ 𝑔𝑧𝑒)

Pada volume atur dengan multi input dan multi output,

persamaan kekekalan energi dapat dituliskan menjadi :

𝑑𝐸𝑐𝑣

𝑑𝑡= ��− �� + ∑ ��𝑖(𝑢𝑖 +

𝑉𝑖2

2+ 𝑔𝑧𝑖𝑖

)-∑ ��𝑒(𝑢𝑒 +

𝑉𝑒2

2+ 𝑔𝑧𝑒𝑒 )

III. METODOLOGI PERCOBAAN

A. Alat dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan pada praktikum

analisa volume atur ini adalah :

1. AC LAB unit 1 set

2. Termometer dry dan wet bulb

3. Tabel termodinamika

4. Diagram Psikometri (Sea Level)

B. Prosedur Praktikum

Prosedur praktikum termodinamika ini adalah :

1. Menyiapkan peralatan dan mengoperasikan

perangkat AC laboratory unit sesuai dengan

petunjuk nasional.

2. Mengaktifkan heater pada duct AC lab. Unit

sebesar 0,5 kW dengan kecepatan sentrifugal 25

knop putar.

3. Mencatat temperature pada T1(DB&WB) dan

T2(DB&WB) (posisi T1 dan

T2 ditentukan oleh asisten), pada keadaan steady

(konstan)

4. Mengubah kecepatan putar fun menjadi 30 knop

putar dan 35 knop

putar dan ulangi kembali langkah-langkah pada

poin ke (3)

5. Mengulangi kembali langkah-langkah seperti

poin (3) dan (4) dengan

6. Mengaktifkan heater 1 kW dan 1,5 kW

7. Menyusun laporan sementara seperti pada form

pengambilan data dengan persetujuan asisten.

IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengamatan

Tabel 1. Hasil Pengamatan Suhu Pada State Awal

Daya Knop

Putar TDB TWB hin

0,5

25 29,2 25,2 81

30 29,4 26 84

35 29,8 26 84,5

1

25 26 29,6 92

30 29,7 26,2 84,5

35 30 26,1 85,5

1,5

25 30,2 26,5 87

30 30,3 26,4 86,5

35 30,6 26,6 87,5

Tabel 2. Hasil Pengamatan Suhu Pada State Akhir

Daya Knop

Putar TDB TWB hout

0,5

25 28 26 82,5

30 27 25,8 81,5

35 27,5 25,8 82

1

25 47,5 31 124

30 47 30,8 123

35 44 30 114

1,5

25 52,5 32,2 135

30 50 31,4 128,5

35 46 30,7 121,5

Dengan menggunakan rumus:

�� = 𝜌 𝑄

Dimana: ��= laju aliran massa

ρ = kerapatan massa udara (1,3 kg/m3)

Q= debit

Tabel 3. Hasil perhitungan Laju Aliran Massa

Knop Q(m3/s) ��

25 0,054 0,0702

30 0,081 0,1053

35 0.117 0,1521

Dengan menggunakan rumus:

𝑄 = ��(ℎ𝑜𝑢𝑡 − ℎ𝑖𝑛) Tabel 4. Hasil Perhitungan Kalor Berdasarkan

Kesetimbangan Panas dan Masa

Daya Knop ℎ𝑜𝑢𝑡

− ℎ𝑖𝑛

�� Q

0,5

25 1,5 0,0702 0,1053

30 -2,5 0,1053 -0,26325

35 -2,5 0,1521 -0,38025

1

25 32 0,0702 2,2464

30 38,5 0,1053 4,05405

35 28,5 0,1521 4,33485

1.5

25 48 0,0702 3,3696

30 42 0,1053 4,4226

35 34 0,1521 5,1714

Proses fisis yang terjadi adalah konveksi dan

konduksi. Proses konveksi terjadi pada evaporator karena

pada evaporator terjadi perpindahan kalor dari

lingkungan menuju sistem AC laboratory unit. Kalor

yang masuk dalam sistem ini nantinya berguna untuk

membantu performansi pada heating coil. Selain itu

proses konveksi ini juga terjadi pada kondensor karena

pada kondensor terjadi perpindahan panas disertai

perpindahan partikel dari sistem AC Laboratory unit PA

Hilton A575/73187 keluar menuju ke lingkungan. Kalor

yang keluar ke lingkungan berfungsi untuk mengefisiensi

kerja heating coil dalam sistem. Konduksi adalah

perpindahan panas yang tidak disertai perpindahan

partikel, proses ini terjadi pada proses pemanasan coil

sehingga semua bagian coil menjadi panas. Dari coil yang

panas ini dapat meningkatkan suhu udara

B. Pembahasan

Nur Hasanah Azka T. (2412100008)

Pada praktikum Termodinamika, kami melakukan

percobaan menggunakan AC lab unit. Praktikum ini

bertujuan untuk menganalisis kesetimbangan massa dan

energi pada volume atur. Kita mencatat perubahan suhu

𝑇1 dan 𝑇2 sebagai suhu pada saat udara masuk dan keluar

pada daerah volume atur. Suhu yang kami ukur yaitu suhu

pada saat keadaan basah (wet bulb) dan keadaan kering

(dry bulb). Didapatkan suhu 𝑇2 sebagai suhu keluaran

daerah volume atur. Pada saat penambahan daya terjadi

penambahan suhu pada 𝑇2 baik pada saat basah ataupun

kering, terjadi juga peningkatan suhu pada 𝑇2 saat

ditambah kecepatan putar fan.

Pada saat paktikum tejadi sedikit kesalahan ketika

pengambilan data, 𝑇2 pada keadaan basah bersuhu lebih

tinggi dibandingkan 𝑇2 pada keadaan kering, ada

beberapa faktor yang menyebabkan hal tersebut

diantaranya adalah kesalahan pengamat pada saat

membaca suhu pada thermometer. Dan dari percobaan ini

dapat disimpulkan bahwa penambahan daya kecepatan

putar fan mampu meningkatkan suhu keluaran pada AC

lab.

Febrilia Ramadani (2412100032)

Pada praktikum Termodinamika, kami melakukan

percobaan menggunakan AC lab unit. Praktikum ini

bertujuan untuk menganalisis kesetimbangan massa dan

energi pada volume atur. Kita mencatat perubahan suhu

𝑇1 dan 𝑇2 sebagai suhu pada saat udara masuk dan keluar

pada daerah volume atur. Suhu yang kami ukur yaitu suhu

pada saat keadaan basah (wet bulb) dan keadaan kering

(dry bulb). Didapatkan suhu 𝑇2 sebagai suhu keluaran

daerah volume atur. Pada saat penambahan daya terjadi

penambahan suhu pada 𝑇2 baik pada saat basah ataupun

kering, terjadi juga peningkatan suhu pada 𝑇2 saat

ditambah kecepatan putar knop pada AC lab unit.

Dari suhu yang telah diketahui kami diminta untuk

mencari kalor yang dihasilkan oleh AC Lab Unit dengan

menggunakan rumus perhitungan 𝑄 = ��(ℎ𝑜𝑢𝑡 − ℎ𝑖𝑛). Untuk �� sendiri dapat dicari melalui perhitungan melalui

rumus �� = 𝜌 𝑄 dengan 𝜌 adalah kerapatan massa udara

dan 𝑄 adalah debit udara pada tiap − tiap knop. Dan dari hasil yang praktikum kami memperoleh data

bahwa pada setiap penambahan putaran knop pada AC

lab unit akan menyebabkan panas yang dihasilkan juga

semakin besar.

Dari perhitungan rumus tersebut kami diminta untuk

membandingkan hasil pengukuran melalui rumus dengan

nilai yang tertera pada AC Lab Unit, dan dari hasil

perbandingan tersebut kami memperoleh nilai yang

berbeda antara nilai hasil perhitungan dan nilai yang

tertera pada AC Lab Unit. Ada beberapa faktor yang

memungkinkan menjadi penyebab terjadinya perbedaan

nilai tersebut salah satunya adalah nuilai kerapatan masa

di udara yang seharusnya berbeda pada tiap suhunya.

Vincensius Cahya Dwinanda (2412100034)

Praktikum pertama termodinamika ini membahas

tentang analisis volume atur, dalam hal ini yang

dianalisis adalah volume atur dari AC Laboratory Unit.

Penghitungan dilakukan berdasarkan panas yang

dikeluarkan oleh AC Laboratory Unit sebelum diproses

dan sesudah diproses berdasarkan suhu yang ditimbulkan,

dimana proses perubahan panas yang terjadi karena

adanya heater dan fan dalam AC Laboratory Unit

tersebut. Pertama adalah memasang daya heater dari AC

Laboratory Unit kemudian menyalakan fan dengan

perubahan knop putar berturut-turut 25, 30, dan 35 dan

perubahan suhu yang terjadi dicatat. Dari hasil

pengamatan didapatkan hasil bahwa kenaikan daya heater

dan knop putar fan yang semakin membesar berdampak

pada perubahan suhu, dimana semakin tinggi daya heater

maka suhu yang terjadi semakin meningkat dan semakin

besar knop putar fan, suhu yang dihasilkan juga semakin

membesar.

Angela Indirarosi W. (2412100104)

Praktikum 1 tentang “Analisis Volume Atur”.

Dalam praktikum ini kami melakukan pengamatan

terhadap temperature yang berubah-ubah saat daya dan

kecepatan putar fan berubah. Nilai daya yang dirubah

adalah sebesar 0,5 kW, 1 kW dan 1,5 kW. Kecepatan

putar fan yang diubah sebesar 25, 30 dan 35 knop putar.

Temperature yang diukur dihasilkan dari thermometer

dry and wet bulb. Setelah melakukan pengamatan dan

mendapatkan banyak data dari temperature, didapatkan

nilai entalpi masing masing kondisi udara pada titik (1)

dan (2) pada setiap perlakuan pemanasan dengan

menggunakan diagram psikometrik. Dengan

mengubungkan hasil temperature dry and wet bulb pada

diagram psikometrik, akan didapatkan nilai entalpi. Lalu,

mencari panas(kalor) yang digenerasikan dalam volume

atur berdasarkan kesetimbangan massa dan panas

didapatkan dari rumus 𝑄 = ��(ℎ𝑜𝑢𝑡 − ℎ𝑖𝑛) karena tidak

ada energi kinetik, energi potensial dan energi dalam.

Mencari laju aliran masa dapat digunakan rumus

�� = 𝜌 𝑄 dimana 𝜌 adalah kerapatan massa udara dan 𝑄

adalah debit. Lalu hasil hitungan besarnya panas(kalor)

yang digenerasikan dari hasil hitungan dibandingkan

dengan nilai yang tertera pada AC lab unit yaitu 0,5 kW,

1 kW dan 1,5 kW. Maka dari praktikum ini dapat

disimpulkan bahwa semakin besar daya dan semakin

besar kecepatan putar fan akan menghasilkan

panas(kalor) yang besar juga.

Sahal Abidy M. (2412100049)

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, didapatkan

bahwa rata-rata suhu angin pada state awal lebih rendah

dari pada state akhir. Artinya ada perpindahan kalor yang

bekerja pada angin.Pada saat di state awal angin melepas

kalor sehingga menjadi lebih dingin, sebaliknya pada

kondisi akhir angin menyerap kalor sehingga suhunya

naik. Setelah daya diperbesar yang terjadi adalah suhu

pada state akhir mengalami perubahan sedangkan pada

state awal relatif tetap. Ketika daya diperbesar, jumlah

angin yang masuk semakin banyak dimana ini

menyebabkan kalor yang berpindah lebih banyak juga. Ini

sesuai dengan konsep volume atur dan neraca energi

bahwa ketika volume kontrol diubah tidak akan berefek

pada jumlah massa yang keluar, karena sistem tertutup.

Tetapi ketika dayanya ditambah menyebabkan jumlah

entalpinya naik.

Nur Fadhilah (2412100097)

Pada praktikum termodinamika pertama yaitu

membahas volume atur. Praktikan melakukan percobaan

menggunakan AC laboratorium unit dengan mengukur

perubahan temperatur 𝑇1 dan 𝑇2 sebagai temperatur pada

saat udara masuk dan keluar pada daerah volume atur ,

ketika dilakukan penambahan daya dan penambahan

kecepatan putar fan. Temperatur yang praktikan ukur

yaitu suhu pada saat keadaan kering (dry bulb) serta pada

keadaan basah (wet bulb).

Dari data yang diperoleh menunjukkan bahwa

penambahan daya pada piranti AC laboratorium unit,

terjadi peningkatan temperatur pada 𝑇2 basah dan kering.

Penambahan kecepatan putar fan juga menyebabkan

terjadi peningkatan temperatur pada 𝑇2. Akan tetapi besar

perubahan temperatur yang terjadi pada 𝑇2tidak konstan

dan signifikan. Yaitu diperoleh temperature 𝑇2 sebagai

suhu keluaran daerah volume atur, menunjukkan bahwa

𝑇2 pada keadaan basah bersuhu lebih tinggi dibandingkan

𝑇2 pada keadaan kering. Hal ini bisa dimungkinkan terjadi

kesalahan yang disebabkan oleh beberapa faktor. Antara

lain kurang ketelitian pengamat dalam membaca

termometer atau kurangnya kepekaan termometer

tehadap temperatur yang diukur. Sehingga dapat

disimpulkan bahwa penambahan daya dan kecepatan

putar fan dapat meningkatkan temperature keluaran pada

AC. Dimana dengan menggunakan perhitungan rumus,

selain dapat meningkatkan temperatur keluaran pada AC,

penambahan daya pada AC lab juga mengakibatkan

peningkatan laju kalor, dan penambahan kecepatan putar

fan mengakibatkan peningkatan laju massa.

V. KESIMPULAN

A. Kesimpulan

Dari hasil praktikum tentang volume atur ini kami

dapat menarik sebuah kesimpulan bahwa :

1. Semakin besar daya yang digunakan dalam AC lab

unit maka akan semakin besar pula panas yang

dihasilkan oleh AC lab unit.

2. Semakin besar putaran knop pada AC lab unit maka

akan besar pula panas yang dihasilkan, jadi daya dan

putan knop mempengaruhi besar panas yang

dihasilkan oleh AC

REFERENSI

Michael J. Moran dan Howard N Shapiro.

Termodinamika Teknik Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

2004