PDUL

Laboratorium Mesin Pendingin dan PemanasJurusan Mesin Fakultas TeknikUniversitas HasanuddinPengujian Sifat-Sifat Termodinamika Udara

Pendinginan Udara Lembab

LEMBAR ASISTENSI

Nama :Stambuk :Jenis Percobaan :Kelompok :

No Hari / Tanggal Keterangan Paraf

JANGANKI SUKA TERLAMBAT KALAU TIDAK MAU DAPAT TUGAS

Makassar, 2012 Asisten

( ) STB:



BAB VI

PENDINGINAN UDARA LEMBAB

IV.1 Tujuan Pengujian

IV.1.1 Tujuan Umum

1. Untuk mengetahui penggunaan MPAD dan alat-alat yang digunakan

2. Untuk mengetahui penggunaan bagan psikometrik

3. Untuk mengetahui kondisi udara sebelum dan sesudah pendinginan udara

lembab

4. Untuk mengetahui pengaruh pembukaan katup terhadap Tdb dan Twb

IV.1.2 Tujuan Khusus

1. Untuk mengetahui prinsip dari PDUL

2. Untuk mengetahui pengaruh pembukaan katup terhadap temperatur udara

lembab.

3. Untuk mengetahui nilai kalor laten dan sensibel dari udara lembab

4. Untuk mengetahui proses pendingnan udara lembab

IV.2 Terminologi

1. Twb adalah temperatur yang akan dicapai untuk mendapatkan keadaan

jenuh jika air ditambahkan ke udara

2. Tdb adalah temperatur campuran udara kering dan uap air yang diukur

melalui skala termometer secara langsung (K)

3. Entalpi adalah besarnya energi yang terkandung oleh suatu bahan dalam

jumlah massa tertentu (kj/kg)

4. Entropi adalah besarnya energi yang terkandung dalam suatu zat yang

dihasilkan melalui kerja (kj/kg.k)

5. Tekanan parsial uap adalah tekanan uap air tertentu dimana terjadi

penguapan dan pengembunan pada suhu dan tekanan yang sama (mmHg)

5. Rasio kelembaban adalah perbandingan antara berat uao air terhadap

berat udara kering yang berada dalam udara lembab

6. Volume spesifik adalah volume udara lembab persatu kg udara kering

(m3/kg)

7. Kelembaban relatif (RH) adalah perbandingan antara tekanan parsial uap

air yang ada di dalam udara dengan tekanan jenuh uap air pada

termometer air yang sama

8. Densitas udara adalah massa udara yang terdapat dalam satu satuan

volume



9. Kalor laten adalah perubahan fase tanpa disertai perubahan temperatur

10. Kalor sensibel adalah perubahan temperatur suatu zat tanpa disertai

perubahan fasa

11. Tekanan adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan suatu fluida

persatuan luas benda yang terkena gaya absolut (N/m2)

12. Suhu absolut adalah derajat di atas suhu normal

13. Suhu adalah suatu kondisi yang menyatakan thermal suatu zat dan

kemampuannya untuk bertukar energi dengan benda lain yang

bersentuhan dengannya

14. Tekanan uap jenuh adalah tekanan yang dihasilkan dari proses penguapan

pada kondisi jenuh (mmHg)

15. Kapasitas panas adalah jumlah panas yang diserap oleh suatu satuan

jumlah medium selama penambahan suhu

16. Debit aliran udara adalah besarnya kecepatan aliran udara persatuan

waktu

17. Luas penampang duct adalah luas penampang aliran udara pada jarak

masuk aliran (m2)

18. Temperatur adalah suatu keadaan yang menyatakan thermal suatu zat

dalam besaran derajat (°C, K, R, F)

19. Percepatan gravitasi adalah suatu konstanta percepatan yang diakibatkan

oleh adanya gravitasi



VI.2.1 TEORI DASAR

A. Pengertian PDUL

Pendinginan udara lembab adalah suatu percobaan yang dilakukan di

MPAD untuk mengetahui sifat-sifat termodinamika udara lembab yang

dihasilkan oleh ketel sebelum dan sesudah pendinginan dengan

menggunakan mesin pendingin.

Prinsip kerja dari Pendinginan udara lembab adalah udara masuk

kedalam duck atau saluran. Kemudian udara atmosfer tersebut bercampur

dengan uap air yang dihasilkan oleh ketel. Sehingga udara atmosfer

tersebut menjadi udara lembab atau udara yang banyak mengandung uap

air. Udara lembab tersebut kemudian dapat diketahui nilai sifat

termodinamikanya setelah didinginkan dengan menggunakan mesin

pendingin atau evaporator dengan mengggunakan thermometer twb dan

tdb sebelum dan setelah evaporator.

Kapasitas Pendinginan adalah untuk menyatakan efek pendinginan,

banyaknya kalori panas yang diserap dalam satuan waktu dinyatakan

dengan Kcal/jam. Satu (1) kalori adalah energi panas yang diperlukan

untuk menaikkan suhu satu kilogram air setiap 10C. Untuk menaikkan suhu

10C dari udara 1 kg diperlukan 0,24 kalori, maka dibandingkan kalori

untuk memanaskan 10C dari 1 kg air, dapatlah dikatakan bahwa untuk

memanaskan udara cukup dengan kalori kurang lebih ¼ dari kalori yang

dipergunakan untuk memanaskan air pada suhu yang sama.

B. Heat Pump (Pompa Kalor)

Pompa kalor pada dasarnya adalah sebuah refrigerator yang digunakan

untuk memompa energi termal dari udara dingin ke udara panas. Sistem

pompa kalor itu tidak hanya berfungsi untuk mendinginkan atau

mempertahankan temperatur sumber kalor yang rendah. Tetapi juga dapat

mengalirkan energi kalor ke suatu benda atau penyerap kalor untuk

menaikkan temperatur atau mempertahankan temperaturnya pada tingkat

yang tinggi secara baik. Dalam ilmu termodinamika, refrigerator dan

pompa kalor (heat pump) relatif sama. Perbedaannya, terletak hanya pada

proses kerjanya.



Mesin kalor adalah alat yang berfungsi untuk mengubah energi panas

menjadi energi mekanik. Misalnya pada mesin mobil, energi panas hasil

pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil. Tetapi,

dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke

energi mekanik selalu disertai pengeluaran gas buang, yang membawa

sejumlah energi panas.

Dengan demikian, hanya sebagian energi panas hasil pembakaran

bahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam

mesin pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar

dan energi panas yang dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud air ke

uap. Uap ini diarahkan ke sudu - sudu sebuah turbin, membuat sudu - sudu

ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini digunakan untuk

menggerakkan generator listrik.

Tinjauan hukum kedua termodinamika tentang mesin kalor :

”Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja

dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang

diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha

mekanik.”. Pernyataan tersebut merupakan hasil eksperimen tentang

rumusan Kelvin – Planck atau rumusan mesin kalor untuk hukum kedua

termodinamika.

Penyertaan kata ”siklus” dalam rumusan ini merupakan hal yang

penting karena mengubah panas seluruhnya menjadi usaha dalam proses

yang non siklus, merupakan hal yang mungkin. Gas ideal yang mengalami

ekspansi isotermis dapat melakukan hal ini. Namun, setelah ekspansi itu,

gas tidak berada dalam keadaan awalnya. Untuk mengembalikan gas ke

keadaan awalnya, usaha harus dilakukan pada gas , dan sejumlah panas

yang akan dibuang.

Pada banyak penggunaan, untuk mesin yang sama dapat dipakai

sebagai refrigerator dan juga sebagai pompa kalor. Pada beberapa situasi,

baik efek pendinginan pada satu tingkat temperatur maupun efek

pemanasan pada temperatur lain bisa saja dinginkan, dan dengan demikian

sistem akan beroperasi serentak sebagai mesin refrigerasi dan sebagai

pompa kalor.

Penggunaan Heat Pump :

1. Digunakan sebagai pemanas dan pendinginan bangunan



2. Digunakan untuk konsentrasi sari buah. Sari buah ini dibuat

konsentrasinya pada suhu rendah untuk melindungi rasa.

3. Digunakan pada sebuah pompa yang memompakan kalor dan

kondensor ke pendidih ulang boiler.

4. Digunakan untuk unit-unit rumah tangga dan komersil ukuran kecil

yang mengalirkan udara poros pada musim dingin dan musim panas

Aplikasi pompa kalor :

Gambar 6.1 : Siklus Lemari EsSumber : http://karangpundung.blogspot.com/2011_05_01_archive.html

Lemari es (Refrigerator) dapat dipandang sebagai mesin kalor yang

bekerja terbalik. Mesin kalor mengambil panas dari sebuah wadah panas,

mengubahnya sebagian menjadi usaha mekanik, dan membuang

selebihnya ke sebuah wadah dingin. Akan tetapi refrigerator mengambil

panas dari wadah dingin, kompresornya memberikan input usaha mekanik,

dan panas dibuang ke wadah panasnya yakni dilingkungan sekitarnya. Bila

untuk menjalankan suatu alat pendingin tidak diperlukan usaha, koefisien

kerja (panas yang diambil dibagi oleh usaha yang dilakukan) akan menjadi

tak berhingga. Pengalaman membuktikan bahwa selalu diperlukan usaha

untuk memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang

lebih panas. Ungkapan negatif ini membawa kita kepada ungkapan lain

hukum kedua Termodinamika, yaitu : ”Tidak mungkin ada proses yang

hasilnya hanya memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda

yang lebih panas”.

Sumber : http://angahazhari.blogspot.com/2011/11/pompa-kalor-heat-pump.html

http://angahazhari.blogspot.com/2011/11/pompa-kalor-heat-pump.html

http://karangpundung.blogspot.com/2011_05_01_archive.html



C. Pendinginan Global

Proses pendinginan global (global cooling) adalah proses peningkatan

suhu secara ekstrim diikuti pula oleh proses pendinginan suhu bumi secara

ekstrim. Akan tetapi, karena proses pemanasan lebih dirasakan

pengaruhnya oleh manusia menyebabkan pembicaraan lebih kepada

pemanasan global.

Pendinginan global juga di sebut zaman es adalah zaman dimana

waktu suhu menurun dalam jangka waktu yang lama dalam iklim bumi,

menyebabkan peningkatan dalam keluasan es di kawasan kutub dan gletser

gunung. Secara geologis, zaman es sering digunakan untuk merujuk

kepada waktu lapisan es di belahan bumi utara dan selatan dengan denifisi

ini kita masih dalam zaman es. Secara awam, dan untuk waktu 4 juta tahun

kebelakangan, definisi zaman es digunakan untuk merujuk kepada waktu

yang lebih dingin dengan tutupan es yang luas di seluruh benua Amerika

Utara dan Eropa.

Penyebab terjadinya zaman es salah satunya adalah akibat terjadinya

proses pendinginan aerosol yang sering menimpa planet bumi. Letusan

gunung Krakatau adalah salah satu contohnya dalam skala kecil sedangkan

salah satu teori kepunahan dinosaurus (tumbukan Chicxulub) adalah salah

satu contoh skala besar. Tahun 2007 disimpulkan pemicu dimulainya

zaman es akibat meletusnya gunung toba,75 ribu tahun yl,yang

menyebabkan atmosfir dipenuhi debu sulfur vulkanik dalam jumlah besar,

dan bumi mengalami penurunan suhu yang ekstrim.Kesimpulan tersebut

didasarkan pada penelitian tentang lapisan es di kutub utara yang memiliki

kadar sulfur yang tinggi pada lapisan masa 75 ribu tahun yang lalu,

penelitian fosil binatang laut pada masa yang sama juga menunjukkan

lonjakan kadar sulfur yang sangat tinggi,dan hasil kecocokan forensik dari

debu vulkanik gunung toba yang terdapat pada lapisan es dan fosil

tersebut.

D. Enthropy dan Entalpy

a. Entropi

Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur

energi dalam sistem per satuan temperatur yang digunakan untuk

melakukan usaha. Mungkin manifestasi yang paling umum dari entropi



adalah (mengikuti hukum termodinamika), entropi dari sebuah sistem

tertutup selalu naik dan pada kondisi transfer panas, energi panas

berpindah dari komponen yang bersuhu lebih tinggi ke komponen yang

bersuhu lebih rendah. Pada suatu sistem yang panasnya terisolasi,

entropi hanya berjalan satu arah (bukan proses reversibel/bolak-balik).

Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energi

tidak dapat dipakai untuk melakukan usaha pada proses-proses

termodinamika. Proses-proses ini hanya bisa dilakukan oleh energi yang

sudah diubah bentuknya, dan ketika energi diubah menjadi kerja/usaha,

maka secara teoritis mempunyai efisiensi maksimum tertentu. Selama

kerja/usaha tersebut, entropi akan terkumpul pada sistem, yang lalu

terdisipasi dalam bentuk panas buangan.

Pada termodinamika klasik, konsep entropi didefinisikan pada

hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi dari

sistem yang terisolasi selalu bertambah atau tetap konstan. Maka,

entropi juga dapat menjadi ukuran kecenderungan suatu proses, apakah

proses tersebut cenderung akan berlangsung ke arah tertentu. Entropi

juga menunjukkan bahwa energi panas selalu mengalir secara spontan

dari daerah yang suhunya lebih tinggi ke daerah yang suhunya lebih

rendah.

Entropi termodinamika mempunyai dimensi energi dibagi

temperatur, yang mempunyai Satuan Internasional joule per kelvin

(J/K).

Hukum kedua Termodinamika :

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini

menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika

terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya

waktu, mendekati nilai maksimumnya.

b. Entalpy

Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan

jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi

yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi tidak bisa diukur, yang

bisa dihitung adalah nilai perubahannya. Secara matematis, perubahan

entalpi dapat dirumuskan sebagai berikut:



ΔH = ΔU + PΔV

di mana:

H = entalpi sistem (joule)

U = energi internal (joule)

P = tekanan dari sistem (Pa)

V = volume sistem (m3)

Sifat termal dari campuran udara dan uap air yang menunjukkan

intensitas kalor dalam udara lembab per-satuan massa udara kering di

atas suhu acuan, dihitung dengan persamaan berikut (Zain et al., 2005):

Keterangan :

h = entalpi (kJ/kg)

Tdb = suhu bola kering (ºC)

W = kelembaban mutlak (kg/kg udara kering)

Hukum yang terkait dengan entalpi :

Hukum Hess adalah sebuah hukum dalam kimia fisik untuk

ekspansi Hess dalam siklus Hess. Hukum ini digunakan untuk

memprediksi perubahan entalpi dari hukum kekekalan energi

(dinyatakan sebagai fungsi keadaan ΔH).

Menurut hukum Hess, karena entalpi adalah fungsi keadaan,

perubahan entalpi dari suatu reaksi kimia adalah sama, walaupun

langkah-langkah yang digunakan untuk memperoleh produk berbeda.

Dengan kata lain, hanya keadaan awal dan akhir yang berpengaruh

terhadap perubahan entalpi, bukan langkah-langkah yang dilakukan

untuk mencapainya.

Hal ini menyebabkan perubahan entalpi suatu reaksi dapat dihitung

sekalipun tidak dapat diukur secara langsung. Caranya adalah dengan

melakukan operasi aritmatika pada beberapa persamaan reaksi yang

perubahan entalpinya diketahui. Persamaan-persamaan reaksi tersebut

diatur sedemikian rupa sehingga penjumlahan semua persamaan akan

menghasilkan reaksi yang kita inginkan. Jika suatu persamaan reaksi

dikalikan (atau dibagi) dengan suatu angka, perubahan entalpinya juga

harus dikali (dibagi). Jika persamaan itu dibalik, maka tanda perubahan

entalpi harus dibalik pula (yaitu menjadi -ΔH).



Selain itu, dengan menggunakan hukum Hess, nilai ΔH juga dapat

diketahui dengan pengurangan entalpi pembentukan produk-produk

dikurangi entalpi pembentukan reaktan. Secara matematis

.

Untuk reaksi-reaksi lainnya secara umum

.



IV.3. PROSEDUR PENGUJIAN

1. Menyiapkan thermometer bola basah dan bola kering pada kondisi ruangan,

sebelum heater , dan sesudah heater.

2. Menghubungkan ketel dengan sumber listrik. (pada setting 1000 W dan 2000

W).

3. Menghubungkan heater dengan sumber listrik (pada setting 500 W, 1000 W,

dan 2000 W).

4. Menghubungkan motor dari multi porpose air duct dengan sumber listrik.

5. Menunggu air pada ketel mendidih dan menghasilkan uap.

6. Mengatur pembukaaan katup (ditentukan oleh asisten)

7. Sistem dibiarkan beroperasi selama ± 2 menit untuk mendapatkan kondisi

stabil.

8. Mencatat temperature bola basah dan bola kering untuk tiap section.

9. Mengubah persentase pembukaan katup.

10. Mengulangi prosedur 6 dan 7 sampai persentase pembuklaan katup selesai.

11. Mengulangi prosedur 6 - 10 dengan daya heater yang berbeda.

12. Setelah selesai pengambilan data, memutuskan motor dengan sumber listrik,

dan mengembalikan system ke keadaan atau kondisi semula.



IV. 4. RUMUS-RUMUS YANBG DIGUNAKAN

Rumus-rumus yang digunakan dalam pengujian ini yaitu:

1. Tekanan uap jenuh pada temperature bola basah (Pv)

Lihat pada tabel A2 (Stoker) Berdasarkan Twb.

2. Tekanan parsil uap air (Pv)

Pv = Pv' - (mmHg)

Dimana:

P = Tekanan atmosfir (mmHg)

3. Rasio kelembaban udara (ω)

= 0,622 . (kgv/kgda)

4. Kelembaban relative (RH)

RH = x 100% (%)

Dimana :

Ps = Tekanan jenuh pada uap air pada

5. Volume spesifik udara (v)

v = (m3/kg)

dimana:

Ra = Konstanta gas untuk udara kering

= 0,2871 kJ/kg

Pa = P – Pv (kPa)

6. Densitas udara ( )

= (kg/m3)

7. Entalp[hy Udara (h)

h = 1,005 . t + . (2500 + 1,88 . t) (kJ/kg)

s

Tst2t1

X (1 – X)

21

h2*hs

h1*



8. Faktor simpang (Bypass factor)

Dengan menggunakan bagan psikometrik udara

(digambar pada bagan psikometrik)

Contoh gambar:

X =

Dimana :

t1 = temperatur udara sebelum evaporator

t2 = temperatur udara sesudah evaporator

ts = temperatur permukaan evaporator

X =

Dimana:

H1 = h1* . D h1 = entalpi udara sebelum evaporator

h2 = h2* . D h2 = entalpi udara sebelum evaporator

D = deviasi entalphy

Perhitungan Karakteristik Pemanasan

1. Laju aliran massa udara (m)

ma = Qv . (kg/s)

dimana :

Qv = laju aliran volumetric udara (m3/s)

=

k = Faktor kalibrasi



2. Kapasitas udara suplai (cmm)

Cmm = ma . (m3/detik)

Dimana :

= Massa jenis udara setelah evaporator

3. Kalor yang diserap udara dari heater (Qud)

Qud = ma . ( ) (kW)

Dimana:

h3 = Entalphi sebelum heater

h4 = Entalphi sesudah heater

4. Efektifitas heater (E)

E = (%)

Dimana :

Qheater = 1 kW dan 2 kW



IV.5. ANALISA DATA DAN CONTOH PERHITUNGAN

Pada contoh perhitungan diambil data untuk pembukaan outlet sebesar……%,

dengan data sebagai berikut:

Heater = W

Luas penampang air duct = 0,043 m2

IV.5.1. Kondisi Ruangan

Data yang diperoleh :

- Ketel = W

- Heater = W

- Tekanan Atmosfir (P) = mmHg

- Luas penampang airduct = m²

- Tempratur bola basah (t ) = °C

- Tempratur bola kering (t ) = °C

1. Tekanan uap jenuh pada tempratur bola basah (Pv')

Pv' = Pj .

2. Tekanan parsial uap air (Pv)

Pv = Pv' -

3. Rasio kelembaban udara ( )

= 0,622 .



4. Kelembaban Relatif (RH)

RH = x 100%


v =


=

7. Enthalphy Udara (h)

h = 1,005 . t + . (2500 + 1,88 . t)



IV.5.2. Kondisi Sebelum Heater


- Ketel = W

- Heater = W






Pv' = Pj .


Pv = Pv' -


= 0,622 .


RH = x 100%




v =


=


h = 1,005 . t + . (2500 + 1,88 . t)



IV.5.3. Kondisi Setelah Heater


- Ketel = W

- Heater = W






Pv' = Pj .


Pv = Pv' -


= 0,622 .


RH = x 100%




v =


=


h = 1,005 . t + . (2500 + 1,88 . t)

8. Faktor Simpang (By pass Factor) (X)

X =

Dimana :

t1 = temperatur udara sebelum heater

t2 = temperatur udara sesudah heater

ts = temperatur permukaan heater

X =

h1 = Entalphi udara sebelum heater

h2 = Entalphi udara sesudah heater

IV.5.4. Perhitungan Karakteristik Pemanasan




- Heater = W

- Pembukaan Katup = %

1. Laju aliran massa udara (ma)

Qv =

ma = Qv .

2. Kapasitas udara suplai (Cmm)

Cmm = ma . . 60

3. Kalor yang diserap udara dari Heater (Qud)

Qud = ma . ( )

4. Efektifitas Heater (E)

E =

IV.6.PEMBAHASAN



IV.6.1. Pembahasan Umum

IV.5.2. Pembahasan Khusus

IV.7. KESIMPULAN DAN SARAN



IV.7.1. Kesimpulan

IV.7.2. Saran – saran

PDUL

Documents

Transcript of PDUL