PENGARUH ADANYA BLOWER DAN KIPAS TERHADAP …repository.usd.ac.id/33215/2/155214114_full.pdf ·...

PENGARUH ADANYA BLOWER DAN KIPAS

TERHADAP KARAKTERISTIK MESIN

PEMANEN AIR DARI UDARA

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

TRINANDA MONICA

NIM : 155214114

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

THE EFFECT OF BLOWER AND FAN ON THE

CHARACTERISTICS OF WATER

HARVESTER FROM THE AIR

FINAL PROJECT

As partial fullfilment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By :

TRINANDA MONICA

Student Number : 155214114

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO

Berdoa tanpa bekerja adalah bohong, dan bekerja tanpa berdoa

adalah sombong.

Saya persembahkan skripsi ini untuk Tuhan Yesus Kristus

yang senantiasa memberi berkat dan kasih-Nya.

Kedua orang tua saya, dan seluruh keluarga.

Untuk sahabat dan teman-teman semua.


viii

ABSTRAK

Tercemarnya sumber air bersih dari dalam tanah di Indonesia saat ini

mengakibatkan menurunnya kualitas dan kuantitas air bersih bahkan juga sulitnya

mendapatkan sumber air bersih dari dalam tanah. Hal ini berdampak diperlukan

solusi yang tepat guna menemukan sumber air alternatif yang layak konsumsi

untuk masyarakat. Penelitian ini bertujuan untuk : (a) melakukan perancangan dan

perakitan mesin pemanen air yang dapat menghasilkan air dari udara, (b)

mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan dalam

mesin pemanen air dari udara yang menghasilkan volume air terbanyak meliputi :

(1) nilai Win, (2) nilai Qin, (3) nilai Qout, (4) nilai COPaktual, COPideal, Efisiensi, (5)

nilai laju aliran massa refrigeran, (c) mengetahui volume air yang dihasilkan

mesin pemanen air dari udara per jam dalam satuan liter untuk berbagai variasi

penelitian.

Penelitian ini dilakukan secara eksperimental di Laboratorium Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Mesin pemanen air dari udara ini

dirakit dengan menggunakan komponen AC yang terdiri dari kompresor berdaya

1 PK, kondensor, pipa kapiler, dan evaporator. Alat ini bekerja menggunakan

siklus kompresi uap. Penelitian menggunakan refrigeran R22 dengan tambahan 2

buah kipas dan 1 blower yang berada di depan evaporator yang berfungsi untuk

memadatkan udara. Variasi dilakukan terhadap peralatan yang digunakan untuk

memasukkan udara, yaitu: (a) 2 kipas dengan 1 blower, (b) 1 kipas dengan 1

blower, (3) 1 blower.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa : (a) Mesin pemanen air dari udara

berhasil dirancang dan dirakit serta dapat bekerja dengan baik sesuai dengan yang

diharapkan, (b) Mesin pemanen air dari udara yang menghasilkan volume air

terbanyak memiliki; (1) nilai Win sebesar 45,1 kJ/kg, (2) nilai Qin sebesar 103,8

kJ/kg, (3) nilai Qout sebesar 148,9 kJ/kg, (4) nilai COPaktual sebesar 2,302, nilai

COPideal sebesar 4,296, nilai efisiensi sebesar 53,57 %, (c) banyaknya air yang

dihasilkan mesin pemanen air dari udara yaitu sebesar 2,692 liter/jam (dengan 2

kipas dan 1 blower), 2,284 liter/jam (dengan 1 kipas dan 1 blower), 1,867 liter/jam

(dengan 1 blower).

Kata kunci : mesin pemanen air dari udara, siklus kompresi uap, refrigeran


ix

ABSTRACT

The current pollution of sources of clean water in Indonesia has resulted

a decrease in quality and quantity of clean water even the difficulty in obtaining

sources of clean water from the ground, a solution is needed to find out

alternative sources of water that are suitable to consume. This research aims to :

(a) design and assemble water harvesting machines that can produce water from

the air, (b) know the characteristics of the vapor compression cycle used in air

harvesting that produce how rate including: (1) Win, (2) Qin, (3) Qout, (4)

COPactual, COPideal, Efficiency, (5) refrigerant mass flow rate, (c) how rate of

water produced from an air harvesting machine hourly in liter units for various

research variations.

This research was carried out experimentally at the Mechanical

Engineering Laboratory of Sanata Dharma University. This air water harvesting

machine is assembled by refrigerant components consist of 1 PK compressor,

condenser, capillary pipe, and evaporator and working on a vapor compression

cycle. The research used R22 refrigerant with an additional 2 pieces of fan and

blower in front of the evaporator which serves to compress the air. Variations

are made on the equipment used to enter air, namely: (a) 2 fans with 1 blower,

(b) 1 fan with 1 blower, (3) 1 blower.

The results of the study show that: (a) The water harvesting machine

from the air is successfully designed and assembled and can work well as

expected, (b) The water harvesting machine from the air which produces the

most volume of water has; (1) Win value is 45,1 kJ/kg, (2) Qin value is 103,8

kJ/kg, (3) Qout value is 148,9 kJ/kg, (4) COPactual value is 2,302, COPideal value is

4,296, efficiency value is 53,57 %, (c) the amount of water produced by the

water harvesting machine from the air is equal to 2,692 liters/hour (with 2 fans

and 1 blower), 2,284 liters/hour (with 1 fan and 1 blower), 1,867 liter/hour (with

1 blower).

Keywords : water harvesting machines from air, vapor compression cycles,

refrigerants


x

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala

berkat dan karunia yang dilimpahkan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib bagi setiap mahasiswa

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma, untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin.

Penulisan skripsi ini dapat berjalan baik tidaklah lain juga karena berkat

bimbingan, nasihat, motivasi dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak kepada

penulis. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis

mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.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,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta dan

sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.

3. Stefan Mardikus, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Dinson Silalahi dan Lisbet Simatupang, sebagai kedua orang tua penulis yang

sangat setia mendoakan dan memberikan semangat, motivasi baik berupa

materi maupun spiritual.

5. Doddy Purwadianto M.T. selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi,

Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.

6. Ir. Rines M.T. selaku Kepala Laboratorium Teknik Manufaktur, Teknik

Mesin, Universitas Sanata Dharma.

7. Seluruh Staff Pengajar dan Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

atas semua ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama menempuh

perkuliahan.

8. Kristiani, Rido, Fernando selaku saudara kandung dan keluarga besar yang

telah banyak memberikan motivasi kepada penulis.


xii

DAFTAR ISI

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

TITLE PAGE ......................................................................................................... ii

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

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

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ................................... vi

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ILMIAH ............................ vii

ABSTRAK ......................................................................................................... viii

ABSTRACT ........................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR .......................................................................................... x

DAFTAR ISI ....................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvi

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xix

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

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

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

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

1.4.Batasan Masalah........................................................................................ 4

1.5.Manfaat Penelitian .................................................................................... 5


xiii

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...................................... 6

2.1. Dasar Teori .............................................................................................. 6

2.1.1. Metode-Metode Memanen Air dari Udara ......................................... 6

2.1.2. Psychrometric Chart ........................................................................ 10

2.1.2.1. Parameter-parameter pada Psychrometric Chart ....................... 11

2.1.2.2. Proses-proses pada Psychrometric Chart................................... 13

2.1.2.3. Proses-proses pada mesin pemanen air dari udara ..................... 19

2.1.2.4. Proses pada Psychrometric Chart terhadap mesin pemanen ..... 21

2.1.2.5. Perhitungan-perhitungan pada Psychrometric Chart ................. 23

2.1.3. Siklus Kompresi Uap pada Mesin Pemanen Air dari udara ............. 25

2.1.3.1 Siklus Kompresi Uap .................................................................. 25

2.1.3.1.1. Rangkaian Komponen Siklus Kompresi Uap ...................... 26

2.1.3.1.2. Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h dan Diagram T-s . 27

2.1.3.2. Komponen Siklus Kompresi Uap............................................... 30

2.1.3.2.1. Komponen Utama ................................................................ 30

2.1.3.2.2. Komponen Pendukung ......................................................... 38

2.1.3.3. Perhitungan-Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap ............... 41

2.2. Tinjauan Pustaka .................................................................................... 45

BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................................ 50

3.1. Objek Penelitian ...................................................................................... 50

3.2. Alat dan Bahan Pembuatan Mesin Pemanen Air dari Udara ................. 51


xiv

3.2.1. Alat ................................................................................................... 51

3.2.2. Bahan ............................................................................................... 53

3.2.3. Alat Ukur Penelitian ......................................................................... 57

3.3. Tata Cara Penelitian ............................................................................... 60

3.3.1. Alur Pelaksanaan Penelitian ............................................................. 60

3.3.2. Pembuatan Mesin Pemanen Air dari Udara ..................................... 61

3.4. Metode Penelitian................................................................................... 62

3.5. Variasi Penelitian ................................................................................... 62

3.6. Skematik Pengambilan Data ................................................................. 63

3.7. Cara Pengambilan Data .......................................................................... 64

3.8. Cara Mengolah Data .............................................................................. 66

3.9. Cara Mendapatkan Kesimpulan dan Saran ............................................ 67

BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ..... 68

4.1. Hasil Penelitian ...................................................................................... 68

4.2. Perhitungan ............................................................................................ 72

4.2.1. Siklus Kompresi Uap ....................................................................... 72

4.2.1.1. Diagram P-h ................................................................................. 72

4.2.1.2. Perhitungan pada Diagram P-h .................................................. 74

4.2. Psychrometric Chart .............................................................................. 78

4.2.1. Perhitungan pada Psychrometric Chart ........................................... 80

4.3. Pembahasan ............................................................................................ 83


xv

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 94

5.1. Kesimpulan .............................................................................................. 94

5.2. Saran ......................................................................................................... 95

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 96

LAMPIRAN ........................................................................................................ 98


xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Mesin Dutch Rainmaker .................................................................. 7

Gambar 2.2. Rangkaian Komponen AC ............................................................... 9

Gambar 2.3. Jaring Penangkap Air dari Kabut .................................................. 10

Gambar 2.4. Psychrometric Chart ...................................................................... 11

Gambar 2.5. Parameter-Parameter pada Psychrometric Chart ............................ 12

Gambar 2.6. Proses Cooling and Dehumidifying ................................................ 14

Gambar 2.7. Proses Heating ................................................................................ 15

Gambar 2.8. Proses Cooling and Humidifying .................................................... 15

Gambar 2.9. Proses Cooling ............................................................................... 16

Gambar 2.10. Proses Humidifying ...................................................................... 17

Gambar 2.11. Proses Dehumidifying ................................................................... 17

Gambar 2.12. Proses Heating and Dehumidifying .............................................. 18

Gambar 2.13. Proses Heating and Humidifying .................................................. 18

Gambar 2.14. Proses yang terjadi pada mesin pemanen air dari udara ............... 20

Gambar 2.15. Proses udara yang terjadi di dalam mesin penangkap air ............. 22

dari udara pada Psychrometric Chart

Gambar 2.16. Rangkaian komponen siklus kompresi uap .................................. 26

Gambar 2.17. Siklus kompresi uap pada diagram P-h ........................................ 27

Gambar 2.18. Siklus kompresi uap pada diagram T-s ......................................... 27


xvii

Gambar 2.19. Kompresor jenis rotary ................................................................. 32

Gambar 2.20. Kondensor ................................................................................... 34

Gambar 2.21. Pipa kapiler ................................................................................... 35

Gambar 2.22. Evaporator .................................................................................... 36

Gambar 2.23. Refrigeran ..................................................................................... 37

Gambar 2.24. Filter ............................................................................................. 39

Gambar 2.25. Low Pressure Gauge .................................................................... 39

Gambar 2.26. High Pressure Gauge ................................................................... 40

Gambar 2.27. Kipas dan blower ......................................................................... 41

Gambar 3.1. Objek Penelitian ............................................................................ 50

Gambar 3.2. Kompresor ..................................................................................... 54

Gambar 3.3. Termokopel ................................................................................... 58

Gambar 3.4. Hygrometer .................................................................................... 58

Gambar 3.5. Tachometer ..................................................................................... 59

Gambar 3.6. Gelas Ukur dan Timbangan............................................................ 59

Gambar 3.7. Skematik Alur Pelelitian ................................................................ 60

Gambar 3.8. Skematik Pengambilan Data .......................................................... 63

Gambar 4.1. Diagram P-h pada variasi 2 kipas dengan 1 blower ...................... 73

Gambar 4.2. Proses pemanenan air pada psychrometric chart ............................ 79

pada variasi 1 blower

Gambar 4.3. Perbandingan nilai Qin (kJ/kg) ....................................................... 84


xviii

Gambar 4.4. Perbandingan nilai Qout (kJ/kg) ...................................................... 85

Gambar 4.5. Perbandingan nilai Win (kJ/kg) ...................................................... 86

Gambar 4.6. Perbandingan nilai COPactual .......................................................... 87

Gambar 4.7. Perbandingan nilai COPideal ........................................................... 87

Gambar 4.8. Perbandingan nilai efisien ............................................................. 88

Gambar 4.9. Laju aliran massa air untuk semua variasi .................................... 89

Gambar 4.10. Perbandingan jumlah Δwuntuk semua variasi ............................. 90

Gambar 4.11. Laju aliran massa udara untuk semua variasi .............................. 91

Gambar 4.12. Debit aliran udara untuk semua variasi ....................................... 92

Gambar 4.13. Hasil volume air untuk semua variasi penelitian ........................ 93


xix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Nilai maksimum dan minimum Pressure Gauge ............................... 40

Tabel 3.1. Tabel yang digunakan untuk mengambil data ................................... 66

Tabel 4.1. Data untuk hasil rata-rata variasi terhadap 2 kipas dan 1 blower ...... 69

Tabel 4.2. Data untuk hasil rata-rata variasi terhadap 1 kipas dan 1 blower ...... 70

Tabel 4.3. Data untuk hasil rata-rata variasi terhadap 1 blower .......................... 71

Tabel 4.4. Data untuk nilai-nilai entalpi .............................................................. 74

Tabel 4.5. Data untuk hasil perhitungan besarnya energi kalor yang ................... 75

diserap oleh evaporator

Tabel 4.6. Data untuk hasil perhitungan besarnya energi kalor yang ................... 75

dilepas oleh kondensor

Tabel 4.7. Data untuk hasil perhitungan kerja kompresor................................... 76

Tabel 4.8. Data untuk hasil perhitungan COPactual ...................................................................... 77

Tabel 4.9. Data untuk hasil perhitungan COPideal ....................................................................... 77

Tabel 4.10. Data untuk hasil perhitungan efisiensi mesin siklus kompresi uap .. 78

Tabel 4.11. Data untuk nila RH ......................................................................... 80

Tabel 4.12. Data untuk hasil perhitungan laju aliran masa air yang .................. 81

diembunkan

Tabel 4.13. Data untuk hasil perhitungan besarnya kandungan uap air yang ..... 81

berhasil ditambahkan persatuan massa refrigeran


xx

Tabel 4.14. Data untuk hasil perhitungan laju aliran massa udara ...................... 82

Tabel 4.15. Data untuk hasil perhitungan debit aliran udara .............................. 83


1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan pokok setiap mahluk hidup yang sangat penting dan

harus terpenuhi dalam kehidupan sehari-hari. Pada saat ini, keberadaan sumber air

bersih dari dalam tanah sangat sulit untuk didapatkan terlebih di daerah perkotaan.

Sebagian kota di Indonesia air tanahnya sudah tercemar dikarenakan di

permukaan banyak sekali sampah rumah tangga maupun industri sehingga air

permukaan yang tercemar meresap ke dalam tanah.

Seperti yang kita ketahui banyak permasalahan krisis air bersih di berbagai

perkotaan di Indonesia. Di Indonesia, baru 20 persen masyarakat yang dapat

mengakses air bersih layak minum. Dari total 200 juta penduduk, baru 40 juta

yang terlayani air layak minum melalui jaringan Perusahaan Daerah Air Minum

(PDAM). Menurut data Kementerian Energi Sumber Daya dan Mineral, hingga

tahun 2015, diperkirakan pemenuhan kebutuhan air bersih di Indonesia baru

mencapai 68,9 persen dari total kebutuhan air bersih penduduk secara nasional.

Informasi Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) menyebutkan,

ketersediaan air bersih yang benar-benar layak untuk dikonsumsi masyarakat,

diperkirakan cadangannya hanya tersisa 18 persen dari total keseluruhan

persediaan. (www.kompas.com).

Krisis air bersih di Indonesia tidak hanya terjadi karena tercemarnya air bersih

dari dalam tanah. Krisis air bersih juga dapat dikarenakan kekeringan atau musim


http://www.kompas.com/

2

kemarau yang berkepanjangan. Dampak kemarau panjang di Kabupaten Cilacap

yang semakin meluas adalah satu satu contoh krisis air bersih yang terjadi di

Indonesia. Tercatat sebanyak 24 desa di 10 kecamatan mengalami krisis air bersih

pada akhir agustus 2018 ini. Daerah di kawasan pasang surut air laut pun tak luput

dari krisis. Musababnya, sumur warga mengalami intrusi air laut sehingga berasa

asin, air pun berwarna keruh kekuningan dan tak layak dikonsumsi. Adapun 10

kecamatan yang dilanda krisis air bersih yakni, Kawunganten, Bantarsari,

Gandrungmangu, Patimuan, Kampung laut, Jeruklegi, Adipala, Karangpucung,

Wanareja dan Kecamatan Dayuhluhur. Dari 10 kecamatan yang mengalami krisis

air bersih, Kecamatan Kangunganten adalah yang terparah.

Kemarau panjang 2018 ini diprediksi berlangsung hingga September atau

Oktober mendatang. Itu artinya, bantuan air bersih dari pemerintah dan pihak

lainnya begitu diandalkan pada masa rentan ini. Diperkirakan pada September dan

Oktober, atau masa sebelum musim hujan tiba, daerah yang mengalami krisis air

bersih semakin meluas. Sumur-sumur kering, mata air seolah mampat dan sungai

terputus alirannya. (www.liputan6.com).

Tercemarnya sumber air bersih dari dalam tanah dan kekeringan yang

berkepanjangan di Indonesia saat ini mengakibatkan menurunnya kualitas dan

kuantitas air bersih bahkan juga kesulitan untuk mendapatkan sumber air bersih

dari dalam tanah. Dengan demikian diperlukan solusi yang tepat guna menemukan

sumber air alternatif yang layak konsumsi untuk masyarakat.

Oleh karena itu, untuk memenuhi kebutuhan tersebut perlu pemanfaatan

kemajuan teknologi sebagai alat untuk menghasilkan air. Peneliti memanfaatkan


https://www.liputan6.com/regional/read/3629833/priiiiitjangan-kaget-kali-ini-polisi-berbagi-air-bersih

https://www.liputan6.com/regional/read/3630837/tiba-tiba-jalan-ambles-20-meter-di-musim-kemarau-ada-apa

https://www.liputan6.com/regional/read/3630837/tiba-tiba-jalan-ambles-20-meter-di-musim-kemarau-ada-apa

https://www.liputan6.com/search?q=krisis+air+bersih

https://www.liputan6.com/search?q=krisis+air+bersih

http://www.liputan6.com/

3

komponen-komponen dari AC sebagai mesin yang akan menghasilkan air bersih

untuk kebutuhan masyarakat. Mesin pemanen air dari udara menggunakan siklus

kompresi uap yang akan mengambil uap air dari udara menjadi air yang

selanjutnya akan menetes dengan melalui proses kondensasi. Terdorong dari

permasalahan tersebut maka penulis melakukan penelitian yang mengacu pada

masalah tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah sebagai berikut :

a. Bagaimana merancang dan merakit mesin yang dapat menghasilkan air dari

udara?

b. Bagaimana karakteristik mesin pemanen air dari udara yang bekerja

menggunakan siklus kompresi uap?

c. Berapakah jumlah air yang dihasilkan per jamnya dari mesin pemanen air dari

udara tersebut?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin didapatkan dari penelitian ini adalah :

a. Merancang dan merakit mesin pemanen yang dapat menghasilkan air dari

udara.

b. Mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan dalam

mesin pemanen air dari udara yang menghasilkan volume air terbanyak

meliputi :


4

1. Besarnya kalor yang digunakan untuk menggerakkan kompresor (Win)

2. Besarnya kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin)

3. Besarnya kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout)

4. Besarnya nilai COPaktual, COPideal, efisiensi.

c. Mengetahui jumlah air yang dihasilkan mesin pemanen air dari udara per jam

dalam satuan liter, untuk berbagai variasi penelitian.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan mesin pemanen air dari

udara adalah sebagai berikut :

a. Komponen utama mesin pemanen air dari udara adalah kompresor, kondensor,

pipa kapiler, evaporator.

b. Mesin pemanen air dari udara ini menggunakan daya kompresor sebesar 1 PK,

sedangkan komponen utama yang lain menyesuaikan dengan ukuran daya

kompresor.

c. Mesin pemanen air dari udara menggunakan tambahan 2 buah kipas dan 1

blower yang digunakan untuk memadatkan udara.

d. Alat bekerja menggunakan siklus kompresi uap dengan fluida R22.

e. Dipergunakan peralatan untuk memasukkan udara berupa kipas dan blower.

Daya kipas 45 watt, daya blower 150 watt.

f. Ukuran mesin pemanen air dari udara adalah p x l x t = 120 cm x 120 cm x

100 cm.


5

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Hasil penelitian dapat digunakan untuk referensi bagi peneliti lain yang ingin

melakukan penelitian sejenis.

b. Diperolehnya teknologi tepat guna berupa mesin pemanen air dari udara.

c. Dapat digunakan untuk menambah kasanah ilmu pengetahuan yang dapat

ditempatkan di perpustakaan atau dipublikasikan pada kalayak umum.


6

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

2.1.1. Metode-metode Penangkapan Air dari Udara

Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, metode untuk

menghasilkan air pun juga mulai berkembang pesat, diantaranya adalah dengan

cara: (a) Mesin pemanen air dari udara menggunakan angin (Dutch Rainmaker),

(b) Mesin penghasil air dari udara dengan mengunakan komponen AC (Air

Conditioner), (c) Mesin pemanen air dengan teknologi Fontus, (d) Jaring

penangkap air dari kabut.

Penjelasannya adalah sebagai berikut :

a. Mesin pemanen air dari udara menggunakan kincir (Dutch Rainmaker)

Teknologi yang lain untuk memanen air yaitu dengan Dutch

Rainmaker (DRM). Untuk menggerakkan mesin yang bekerja memanen air dari

udara, digunakan energi angin, sehingga tidak menambah beban akan kebutuhan

energi listrik yang berasal dari fosil. Meski ukuran kincir angin yang digunakan

relatif kecil (10-20 kali lebih kecil dari pada rata-rata kincir angin di Belanda),

dalam kondisi optimalnya DRM dapat memproduksi ±7.000 liter air/hari. Cara

kerja teknologi ini relatif sederhana, turbin angin menggerakkan pompa kalor

yang digunakan untuk mendinginkan udara yang mengalir masuk menuju Water


7

Prodution Unit). Pendinginan akan mengurangi kemampuan udara menahan uap

air, sehingga kelebihan air di udara memadat dan menjadi tetesan air. Air yang di

ekstrasi ini ditampung dalam tangki penyimpanan air yang terletak di bagian

paling bawah unit untuk kemudian digunakan.

Gambar 2.1 Mesin Dutch Rainmaker

( Sumber : https://warstek.com )

b. Mesin penghasil air dari udara dengan menggunakan komponen AC (Air

Conditioner).

Air Conditioner (AC) merupakan sebuah mesin yang digunakan untuk

mengkondisikan udara di dalam ruangan sehingga suhu dalam ruangan tersebut

dapat diatur sesuai dengan keinginan. Namun dalam kerjanya AC juga

menghasilkan air melalui proses kondensasi. Berikut adalah komponen-komponen

dari AC : (a) Kompresor berfungsi untuk memompakan refrigeran yang

berbentuk gas agar tekanan dan temperaturnya meningkat, (b) Kondensor

berfungsi untuk menyerap panas pada refrigeran yang telah dikompresikan oleh

kompresor dan mengubah refrigeran yang berbentuk gas menjadi cair (dingin),


https://warstek.com/

8

(c) Akumulator berfungsi untuk menampung refrigeran cair untuk sementara,

yang selanjutnya akan dialirkan menuju evaporator melalui expansion valve atau

dengan pipa kapiler sesuai dengan beban pendinginan yang dibutuhkan, (d) Katub

Expansi atau pipa kapiler berfungsi mengabutkan refrigeran ke dalam evaporator

agar refrigeran cair dapat segera berubah menjadi gas, (e) Evaporator berfungsi

untuk menyerap kalor dari udara melalui sirip-sirip pendingin evaporator

sehingga udara tersebut menjadi dingin.

Prinsip kerja mesin pemanen air dari udara yang menggunakan komponen

AC tidak jauh berbeda, yaitu meliputi : (1) penghisapan udara, yang berawal dari

udara luar ruangan oleh kipas sentrifugal pada evaporator, kemudian udara

tersebut bersentuhan dengan pipa coil yang di dalamnya terdapat cairan

refrigeran. Refrigeran inilah yang berfungsi untuk menyerap kalor yang ada di

dalam ruangan sehingga menjadi dingin kemudian terjadi penguapan refrigeran,

(2) Sirkulasi uap, dimana uap dari refrigeran tersebut akan disirkulasikan dari

evaporator menuju kondensor yang pada saat itu telah tejadi proses kompresi

yang mengakibatkan uap refrigeran tinggi dan masuk ke kondensor, (3)

Penurunan tekanan, pada saat kompresi berlangsung tekanan cairan refrigeran

cukup tinggi sehingga tekanan tersebut harus diturunkan dengan menggunakan

katup ekspansi atau dengan pipa kapiler. Katup ekspansi berfungsi mengatur laju

cairan refrigeran pada evaporator, (4) Udara keluar dari kondensor, pada tahap ini

udara akan menjadi panas dan udara ini akan dikeluarkan dengan bantuan kipas

sehingga menghasilkan embun yang akhirnya keluar menjadi cairan melalui pipa

evaporator. Gambar 2.2 menunjukkan rangkaian komponen AC.


9

Gambar 2.2 Rangkaian komponen AC

c. Jaring Penangkap Air dari Kabut

Salah satu metode penangkapan air dari udara yang sangat sedehana adalah

dengan menggunkan jaring. Teknik ini hanya menggunakan tiang, jaring plastik

dan pipa-pipa kecil yang diletakkan di pegunungan. Jaring plastik yang

dibentangkan memototong jalur angin, sehingga butiran-butiran air yang

terkandung dalam kabut dialirkan ke tabung penyimpanan yang telah disiapkan.

Alat ini mampu menghasilkan 588 liter air per hari. Gambar 2.3. menujukkan

jaring penangkap air dari kabut.


10

Gambar 2.3 Jaring Penangkap Air dari Kabut

(Sumber : https://sobatsepeda.wordpress.com)

2.1.2. Psychrometric Chart

Psychrometric Chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan

parameter-parameter udara pada keadaan tertentu. Untuk mengetahui nilai

parameter udara seperti entalpi (h), kelembapan relatif (RH), spesifik volume

(SpV), kelembaban spesifik (W), suhu udara basah (Twb), suhu udara kering (Tdb),

dan suhu titik embun (Tdp) pada keadaan tertentu dapat diperoleh apabila minimal

dua parameter sudah diketahui. Misalnya untuk keadaan udara pada suhu kering

(Tdb) dan suhu basah (Twb) tertentu, maka nilai h, RH, SpV, W, dan Tdp dapat

ditentukan, dengan mempergunakan Psychrometric Chart. Gambar 2.4

menunjukkan diagram dari psychrometric chart.


https://sobatsepeda.wordpress.com/

11

Gambar 2.4 Psychrometric Chart

(Sumber : http://www.uigi.com)

2.1.2.1. Parameter-Parameter pada Psychrometric Chart

Parameter-parameter udara dalam Psychrometric Chart antara lain : (a)

Dry-Bulb Temperature (Tdb), (b) Wet-Bulb Temperature (Twb), (c) Dew-Point

Temperature (Tdp), (d) Specific Humadity (W), (e) Volume Spesific (SpV), (f)

Relative Humidity (RH). Gambar 2.5 menunjukkan parameter-parameter pada

Psychrometric Chart.


http://www.uigi.com/UIGI_SI.PDF

12

Gambar 2.5. Parameter-Parameter pada Psychrometric Chart

(Sumber : http://web.uconn.edu )

a. Dry-Bulb Temperature (Tdb)

Dry-Bulb Temperature adalah suhu udara bola kering yang diperoleh melalui

pengukuran dengan mempergunakan termometer dengan kondisi bulb dalam

keadaan kering (bulb dari termometer tidak dibasahi dengan air).

b. Wet-Bulb Temperature (Twb)

Wet-Bulb Temperature adalah suhu udara bola basah yang diperoleh melalui

pengukuran dengan menggunakan termometer dengan kondisi bulb dalam

keadaan kering (bulb dari termometer diselimuti kain basah).

c. Dew-Point Temperature (Tdp)


http://web.uconn.edu/poultry/NE-127/NewFiles/psychrometric_inset.html

13

Dew-Point Temperature adalah nilai suhu dimana uap air di dalam udara

mengalami proses pengembunan ketika udara didinginkan (suhu titik embun dari

uap air yang ada di udara).

d. Spesific Humidity (W)

Spesific Humidity adalah massa kandungan uap air di dalam setiap satu

kilogram udara kering (kg air

/kg udara kering).

e. Volume Specific (SpV)

Volume Specific adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik

per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan sebagai meter kubik udara kering

atau meter kubik campuran per kilogram udara kering.

f. Relative Humidity (RH)

Relative Humidity adalah persentase perbandingan jumlah air yang

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

1 m3 tersebut.

2.1.2.2. Proses-Proses pada Psychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada Psychrometric Chart antara lain : (a) proses

pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidifying), (b) proses

pemanasan (heating), (c) proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (cooling

and humidifying), (d) proses pendinginan (cooling), (e) proses penaikkan

kelembapan (humidifying), (f) proses penurunan kelembapan (dehumidifying), (g)


14

proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying), (h)

proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and humidifying).

a. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidifying)

Proses pendinginan dan penurunan kelembapan adalah proses penurunan

kalor sensibel dan penurunan kalor laten udara (Gambar 2.6). Pada proses

pendinginan dan penurunan kelembapan terjadi penurunan temperatur bola kering,

terperatur bola basah, penurunan entalpi, penurunan volume spesifik, penurunan

temperatur titik embun, dan penurunan kelembapan spesifik. Sementara itu

kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami

penurunan, tergantung dari prosesnya.

Gambar 2.6 Proses Cooling and Dehumidifying

b. Proses pemanasan (heating)

Proses pemanasan adalah proses penambahan kalor sensible ke udara

(Gambar 2.7). Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan : temperatur bola

kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Temperatur titik

embun dan kelembapan spesifik tetap konstan. Namun kelembapan relatif

mengalami penurunan.


15

Gambar 2.7 Proses Heating

c. Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (cooling and humidifying)

Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan berfungsi untuk menurunkan

temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara (Gambar 2.8). Proses ini

menyebabkan perubahan suhu temperatur bola kering, temperatur bola basah, dan

kelembapan spesifik. Pada proses ini, terjadi penurunan temperatur bola kering

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

embun, kelembapan relatif, dan kelembapan spesifik.

Gambar 2.8 Proses Cooling and Humidifying (Evaporative Cooling)


16

d. Proses pendinginan (cooling)

Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara

sehingga udara mengalami penurunan (Gambar 2.9). Pada proses pendinginan,

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

Namun, terjadi peningkatan pada kelembapan relatif. Pada kelembapan spesifik

dan suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Garis proses pada

Psychrometric Chart adalah garis horizontal ke arah kiri.

Gambar 2.9 Proses Cooling

e. Proses penaikkan kelembapan (humidifying)

Proses penaikkan kelembapan merupakan penambahan kandungan uap air ke

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

bola basah, titik embun, dan kelembapan spesifik. Garis proses pada

Psychrometric Chart adalah garis vertikal ke arah atas (Gambar 2.10).


17

Gambar 2.10 Proses Humidifying

f. Proses penurunan kelembapan (dehumidifying)

Proses penurunan kelembapan merupakan proses pengurangan kandungan

uap air pada udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan

entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik. Garis proses pada

Psychrometric Chart adalah garis bertikal ke arah bawah (Gambar 2.11).

Gambar 2.11 Proses Dehumidifying

g. Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying)

Proses pemanasan dan penurunan kelembapan berfungsi untuk menaikkan

suhu bola kering dan menurunkana kandungan uap air pada udara. Pada proses ini

terjadi penurunan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, dan kelembapan


18

relatif. Akan tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering. Garis proses pada

Psychrometric Chart adalah ke arah kanan bawah (Gambar 2.12)

Gambar 2.12 Proses Heating and Dehumidifying

h. Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and humidifying)

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

proses ini terjadi kenaikkan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, dan

suhu bola kering. Garis pada Psychrometric Chart adalah ke arah kanan atas

(Gambar 2.13).

Gambar 2.13 Proses Heating and Humidifying


19

2.1.2.3. Proses-Proses yang Terjadi pada Mesin Pemanen Air dari Udara

Gambar 2.14 menunjukkan proses-proses yang terjadi di dalam mesin

pemanen air dari udara. Pertama adalah proses pemadatan udara yang berfungsi

untuk menambah tingkat kelembapan spesifik udara pada ruangan sehingga kadar

air di dalam udara menjadi bertambah. Kemudian dilanjutkan dengan proses

pendinginan yang dilakukan oleh evaporator. Pada proses ini suhu udara menurun

dengan nilai kelembapan spesifik tetap. Selanjutnya proses pendinginan yang

disertai dengan dehumidifikasi, pada proses ini suhu udara menjadi dingin dan

kadar air di dalam udara menjadi berkurang dari sebelumnya. Kadar air pada

udara menjadi berkurang karena kadar air tersebut telah diproses menjadi air yang

menetes di dalam evaporator. Proses ini berlangsung pada kelembapan udara

100%. Proses yang terakhir adalah proses pemanasasan (heating). Pada proses ini

terjadi peningkatan suhu udara, hal ini terjadi karena udara melewati kondensor

dimana suhu pada kondensor sangat tingg sehingga udara yang melewati

kondensor akan meningkat suhunya, setelah udara melewati kondensor, udara

dibuang ke udara luar. Tujuan udara dilewatkan kondensor adalah untuk

mendinginkan kondensor.

Pada proses pemadatan udara, pemadatan udara dilakukan oleh kipas

angin dan blower. Ada 2 buah kipas dan 1 blower yang dipasang di depan

evaporator yang digunakan untuk proses pemadatan udara pada mesin pemanen

air dari udara ini. Untuk mengalirkan udara yang mendinginkan kondensor,

dipasang satu kipas yang diletakkan setelah kondensor.


20

Gambar 2.14 Proses-proses yang terjadi pada mesin pemanen air dari udara

Keterangan Gambar 2.14 :

A : Udara masuk sebelum dipadatkan.

B : Udara masuk evaporator setelah dipadatkan .

C : Proses pendinginan udara dan pengembunan uap air dari udara yang


21

berlangsung di dalam evaporator.

D : Udara dingin yang keluar dari evaporator.

E : Proses pemanasan udara di kondensor dan kompresor.

F : Udara keluar dari kondensor.

1 : Refrigeran masuk kompresor.

2 : Refrigeran masuk kondensor atau refrigeran keluar kompresor.

3 : Refrigeran masuk pipa kapiler atau refrigeran keluar kondensor.

4

P1

P2

:

:

:

Refrigeran masuk evaporator atau refrigeran keluar dari pipa kapiler.

Tekanan refrigeran untuk mengukur tekanan kerja evaporator (Pevap).

Tekanan refrigeran untuk mengukur tekanan kerja kondensor (Pkond).

2.1.2.4. Proses Udara yang Terjadi pada Mesin Pemanen Air dari Udara

pada Psychrometric Chart.

Proses perlakuan udara yang terjadi di dalam mesin pemanen air dari udara

pada Psychrometric Chart disajikan dalam Gambar 2.15 proses perlakuan udara

meliputi : (a) proses heating and humidifying, (b) proses pendinginan udara

(cooling), (c) proses pendinginan dan pengembunan uap air dari udara (cooling

and dehumidifying), (d) proses pemanasan udara (heating).


22

Gambar 2.15 Proses udara yang terjadi di dalam Mesin Pemanen Air dari Udara

pada Psychrometric Chart


a. A-B

Proses dari A ke B adalah proses pemanasan dan penaikan kelembapan

spesifik udara. Pada proses ini dibantu oleh kipas dan blower yang berfungsi

untuk memadatkan udara. Proses pemadatan udara ini menyebabkan kenaikkan

kelembapan spesifik dan suhu udara kering.

b. B-C

Proses B ke C adalah proses pendinginan udara yang dilakukan oleh

evaporator. Suhu udara menurun dengan nilai kelembapan spesifik tetap. Suhu

udara bergerak ke arah suhu titik embun udara (Tdp).


23

c. C-D

Proses dari C ke D adalah proses pendinginan dan pengembunan udara yang

dilakukan oleh evaporator. Proses berlangsung pada kelembapan udara 100%.

Nilai kelembapan spesifik menjadi menurun. Hal ini dikarenakan sebagian uap air

telah mengalami pengembunan ketika udara didinginkan di evaporator.

d. D-E

Proses dari D ke E adalah proses pemanasan yang dilakukan oleh

kondensor dan kompresor. Pada proses ini terjadi peningkatan suhu udara, hal ini

terjadi karena udara melewati kondensor dimana suhu pada kondensor sangat

tinggi sehingga udara yang melewati kondensor akan meningkat suhunya, setelah

udara melewati kondensor, udara dibuang ke udara luar. Tujuan udara dilewatkan

kondensor adalah untuk mendinginkan kondensor.

e. Tevap

Titik Tevap adalah suhu kerja evaporator pada mesin pemanen air dari udara.

f. Tkond

Titik Tkond adalah suhu kerja kondensor pada mesin pemanen air dari udara.

2.1.2.5. Proses-Proses Perhitungan Pada Psychrometric Chart

Dari data yang diperoleh di dalam penelitian dan dengan mempergunakan

Psychrometric Chart dapat dihitung : (a) Laju aliran massa air yeng diembunkan,

(b) Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara, (c) Laju aliran

massa udara, (d) Debit aliran udara.


24

a. Laju aliran massa air yang diembunkan (ṁ air)

Laju aliran massa air yang diembunkan dihitung menggunakan Persamaan (2.1).

m i m i

…(2.1)

Keterangan pada Persamaan (2.1) :

ṁ air : Laju aliran massa air (kg

/jam)

m air : Massa air yang dihasilkan (kg)

∆t : Selang waktu yang digunakan (jam)

b. Bes ny pe ub h n k ndung n u p i pe s u n m ss ud (∆w)

Besar kandungan uap air persatuan massa udara dapat dihitung dengan

Persamaan (2.2).

∆w = wA - wB …(2.2)


∆w : Pertambahan kadungan uap air (kgair/kgudara)

wA : Kelembapan spesifik udara setelah masuk evaporator (kgair/kgudara)

wB : Kelembapan spesifik udara setelah keluar evaporator (kgair/kgudara)

c. Laju aliran massa udara ( udara)

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

m ud ṁ i

- B

…(2.3)


25


wA : Kelembapan spesifik udara setelah masuk evaporator (kgair/kgudara)

wB : Kelembapan spesifik udara setelah keluar evaporator (kgair/kgudara)

ṁ udara : Laju aliran massa udara (kgudara/jam)

ṁ air : Laju aliran massa air (kgudara/jam)

d. Debit aliran udara ( )

Debit aliran udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).

m ud

ud .…(2.4)


: Debit aliran udara (m3 / jam)

udara : Laju aliran massa udara (kgudara/jam)

udara : Massa jenis udara (1,2 kgudara / m3)

2.1.3. Siklus Kompresi Uap pada Mesin Pemanen Air dari Udara

2.1.3.1. Siklus Kompresi Uap

Siklus kompresi uap merupakan siklus yang digunakan pada mesin

pendingin. Siklus ini menggunakan kompresor sebagai alat pemompa refrigeran,

yang mana uap refrigeran bertekanan rendah yang masuk pada sisi penghisap

ditekan di dalam kompresor sehingga berubah menjadi uap bertekanan tinggi

yang kemudian dikeluarkan pada sisi keluaran. Suhu kerja evaporator lebih


26

rendah dari suhu udara yang melewati evaporator sementara suhu kerja

kondensor lebih tinggi dari suhu udara yang melewati kondensor. Kompresor

dapat bekerja karena adanya aliran listrik yang diberikan pada kompresor.

2.1.3.1.1. Rangkaian Komponen Siklus Kompresi Uap

Rangkaian komponen pada siklus kompresi uap yang digunakan pada

mesin pemanen air dari udara dapat dilihat pada Gambar 2.16

Gambar 2.16 Rangkaian Komponen Siklus Kompresi Uap

Qin adalah besarnya energi kalor yang dihisap oleh evaporator persatuan massa

refrigeran, Qout adalah besarnya energi kalor yang dikeluarkan atau dilepaskan

oleh kondensor persatuan massa refrigeran dan Win adalah kerja yang dilakukan

oleh kompresor persatauan massa refrigeran. Pada penelitian ini Qin dihisap dari

udara yang dialirkan ke evaporator oleh kipas evaporator dan Qout adalah kalor

yang dilepaskan dari kondensor ke udara yang melewati kondensor.


27

2.1.3.1.2. Siklus Kompresi Uap Pada Diagram P-h dan Diagram T-s

Siklus kompresi uap bila digambarkan pada diagram P-h dan diagram T-s

seperti tersaji pada Gambar 2.17 dan Gambar 2.18

Gambar 2.17 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h

Gambar 2.18 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s

Dalam siklus kompresi uap, refrigeran mengalami beberapa proses yaitu :

a. Proses 1-2 : Proses Kompresi


28

Proses 1-2 adalah proses kompresi, yang merupakan proses untuk

menaikkan tekanan refrigeran. Proses ini terjadi di kompresor. Proses ini

berlangsung secara iso-entropi (proses berlangsung pada entropi (s) yang

konstan). Kenaikan tekanan yang dialami refrigeran yang berupa gas lanjut

bertekanan rendah menyebabkan suhu refrigeran pun ikut mengalami kenaikan,

dengan nilai suhu yang lebih tinggi dari suhu ruangan. Hal ini dimaksudkan agar

suhu kerja kondensor lebih tinggi dari suhu yang ada di sekitar kondensor,

sehingga akan terjadi proses perpindahan kalor dari kondensor ke udara sekitar.

Pada proses ini entalpi refrigeran mengalami peningkatan dari h1 ke h2.

b. Proses 2-2a : Proses desuperheating

Proses 2-2a merupakan proses desuperheating, pada proses ini terjadi proses

penurunan suhu pada tekanan yang tetap. Proses ini terjadi ketika refrigeran mulai

memasuki kondensor. Refrigeran gas panas lanjut yang bertemperatur tinggi

diturunkan suhunya sampai memasuki titik gas jenuh dan dapat berlangsung

karena suhu refrigeran yang ada di dalam pipa kondensor lebih tinggi

dibandingkan dengan suhu lingkungan di sekitar kondensor.

c. Proses 2a-3a : Proses kondensasi

Proses 2a-3a merupakan proses kondensasi atau proses pengembunan

refrigeran, atau pelepasan kalor dari refrigeran ke lingkungan di sekitar kondensor

yang berlangsung pada suhu dan tekanan yang konstan atau tetap. Proses

pengembunan adalah proses perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh.

Pada proses kondensasi ini entalpi refrigeran mengalami penurunan.

d. Proses 3a-3 : Proses subcooling


29

Proses 3a-3 adalah proses subcooling atau juga disebut dengan proses

pendinginan lanjut. Pada proses ini terjadi pelepasan kalor dari refrigeran ke

lingkungan di sekitarnya, sehingga suhu refrigeran keluar dari kondensor menjadi

lebih rendah dari suhu cair jenuh (atau menjadi kondisi cair lanjut). Hal ini agar

refrigeran dapat lebih mudah mengalir dalam pipa kapiler. Pada proses

subcooling, entalpi dan entropi dari refrigeran mengalami penurunan. Proses

subcooling terjadi pada tekanan yang tetap.

e. Prose 3-4 : Proses throttling

Proses 3-4 merupakan proses penurunan tekanan secara drastis dan

berlangsung pada entalpi yang konstan. Proses ini berlangsung selama refrigeran

mengalir di dalam pipa kapiler. Pada proses ini refrigeran mengalami perubahan

fase dari cair lanjut menuju ke fase campuran (campuran fase cair dan fase gas).

Akibat dari penurunan tekanan tersebut, suhu refrigeran mengalami penurunan

juga. Suhu keluar pipa kapiler diasumsikan sama dengan suhu kerja evaporator.

Entropi refrigeran mengalami kenaikan pada proses ini.

f. Proses 4-1a : Proses evaporasi

Proses 4-1a merupakan proses evaporasi atau penguapan. Ketika proses ini

berlangsung, akan terjadi perubahan fase, dari fase campuran (gas dan cair)

menuju ke fase gas jenuh. Perubahan fase ini terjadi karena suhu refrigeran lebih

rendah dari pada suhu lingkungan disekitar evaporator, sehingga terjadi proses

penyerapan kalor dari lingkungan di sekitar evaporator ke dalam evaporator.

Proses ini terjadi pada tekanan dan suhu yang konstan. Nilai entalpi refrigeran

mengalami proses peningkatan.


30

g. Proses 1a-1 : Superheating

Prose 1a-1 merupakan proses superheating atau pemanasan lanjut. Proses

ini terjadi karena masih terjadi adanya aliran kalor dari lingkungan ke refrigeran

meskipun refrigeran sudah mencapai suhu gas jenuh. Akibatnya refrigeran yang

akan masuk ke kompresor berada pada fase gas panas lanjut (gas suhu refrigeran

lebih tinggi dari suhu gas jenuh). Pada proses ini akan mengakibatkan kenaikan

suhu refrigeran. Nilai entalpi juga akan mengalami kenaikan.

2.1.3.2. Komponen Siklus Kompresi Uap

Komponen penyusun siklus kompresi uap pada dasarnya terbagi menjadi

dua kelompok. Pembagian ini berdasarkan keutamaan dari alat atau komponen

tersebut. Komponen dari siklus kompresi uap tersebut adalah :

2.1.3.2.1. Komponen Utama

Komponen yang keberadaannya mutlak harus berada di dalam sistem

refrigerasi tersebut dikelompokkan menjadi komponen utama. Dinamakan

demikian karena jika salah satu komponen tersebut tidak ada di dalam sistem,

maka sistem tersebut tidak akan dapat bekerja sama sekali. Komponen utama

yang digunakan pada siklus kompresi uap terdapat empat komponen. Dengan

hanya menggunakan keempat komponen tersebut mesin siklus kompresi uap

dapat bekerja.


31

Komponen utama mesin siklus kompresi uap terdiri dari (a) Kompresor, (b)

Kondensor, (c) Pipa Kapiler, (d) Evaporator, (e) Refrigeran, dan berikut

penjelasannya :

a. Kompresor

Kompresor adalah jantung dari mesin siklus kompresi uap, dengan kata lain

kompresor merupakan komponen yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dan

mensirkulasikan refrigeran ke semua komponen mesin siklus kompresi uap.

Kompresor didesain dan dirancang agar dapat bekerja dalam jangka waktu yang

panjang walaupun digunakan secara terus-menerus dalam mesin siklus kompresi

uap. Untuk mendapatkan performa seperti yang diharapkan, maka kompresor

harus bekerja sesuai dengan kondisi yang diharapkan, terutama kondisi temperatur

dan tekanan refrigeran pada saat masuk dan meninggalkan katup kompresor.

Kompresor juga berfungsi untuk memastikan bahwa temperatur regrigeran

yang disalurkan ke kondensor harus lebih tinggi dari temperatur lingkungan

sekitar. Hal ini dimaksudkan untuk membuang panas gas refrigeran yang berada

di kondensor ke lingkungan sekitar. Akibatnya temperatur refrigeran dapat

diturunkan walaupun tekanannya tetap. Oleh karena itu kompresor harus dapat

mengubah kondisi gas refrigeran yang bertemperatur rendah dari evaporator

menjadi gas yang bertemperatur tinggi pada saat meninggalkan saluran discharge

kompresor. Tingkat temperatur yang harus dicapai tergantung pada jenis

refrigeran dan temperatur lingkungan sekitarnya.


32

Pada mesin siklus kompresi uap terdapat beberapa macam kompresor yang

biasanya digunakan. Semua jenis kompresor memiliki keunggulan masing-

masing. Dari kesemua jenis kompresor, pemilihan kompresor bergantung pada

kapasitas penggunaan mesin siklus kompresi uap dan penggunaan refrigeran pada

mesin siklus kompresi uap tersebut. Gambar 2.19. menunjukkan kompresor.

Gambar 2.19 Kompresor

(Sumber : http://andriemultiteknik.com )

b. Kondensor

Di dalam mesin siklus kompresi uap, kondensor adalah suatu komponen yang

berfungsi untuk merubah fasa refrigeran dari gas bertekanan tinggi menjadi cairan

bertekanan tinggi atau dengan kata lain pada kondensor ini terjadi proses

kondensasi. Rerigeran yang telah berubah menjadi cair tersebut kemudian

dialirkan ke evaporator melalui pipa kapiler. Gambar 2.20 menunjukkan

kondensor yang dipergunakan.


http://andriemultiteknik.com/

33

Agar proses perubahan fasa yang diinginkan ini dapat terjadi, maka

kalor/panas yang ada di dalam refrigeran bertekanan tinggi harus dibuang keluar

dari sistem yaitu dibuang ke lingkungan sekitar. Adapun kalor ini berasal dari 2

sumber, yaitu :

1. Kalor yang diserap refrigeran ketika mengalami proses evaporasi.

2. Kerja yang dilakukan di kompresor selama terjadinya proses kompresi.

Gas refrigeran bertekanan rendah dikompresi sehingga menjadi gas refrigeran

bertekanan tinggi dimana temperatur kondensasinya lebih tinggi dari temperatur

media pendingin kondensor. Media pendingin yang umum digunakan biasanya

air, udara, atau kombinasi keduanya.

Dengan temperatur kondensasi yang lebih tinggi dari media pendingin maka

akan dengan mudah terjadinya proses perpindahan kalor dari refrigeran ke media

pendingin. Seperti kita ketahui sec umum “k lor akan mengalir dari substansi

yang bertempe u lebih inggi ke subs nsi y ng be emp u lebih end h”.

Proses perpindahan kalor di kondensor terjadi dalam tiga tahapan, yaitu :

1. Penurunan suhu refrigeran pada proses desuperheating sampai mencapai

temperatur kondensasi. Pada proses ini terjadi perpindahan kalor sensibel.

2. Perubahan fasa refrigeran dari fasa gas menjadi fasa cair. Pada proses ini

terjadi perpindahan kalor laten, dinamakan dengan proses kondensasi.

3. Pelepasan kalor dari refrigeran cair (sub-cooling) ke media pendingin. Pada

proses ini terjadi perpindahan kalor sensibel. Proses ini dinamakan dengan

proses pendinginan lanjut.


34

Kapasitas kondensor adalah kemampuan kondensor untuk melepas kalor dari

refrigeran (sistem) ke media pendingin. Ada empat hal yang mempengaruhi

kapasitas kondensor, yaitu :

1. Material (bahan pembuat kondensor).

2. Luas area kondensor.

3. Perbedaan temperatur.

Gambar 2.20 Kondensor

(Sumber : http://andriemultiteknik.com )

c. Pipa kapiler

Pipa kapiler merupakan salah satu komponen utama yang berfungsi untuk

menurunkan tekanan dan suhu refrigeran. Fungsi utama dari pipa kapiler ini

sangat vital karena menghubungkan dua bagian tekanan yang berbeda, yaitu

tekanan tinggi dan tekanan rendah. Refrigeran bertekanan tinggi sebelum

melewati pipa kapiler akan diturunkan tekanannya. Akibat dari penurunan tekanan

ini akan menyebabkan penurunan suhu. Pada bagian inilah (pipa kapiler)

refrigeran mencapai suhu terendah. Pipa kapiler terletak antara saringan (filter)

dan evaporator. Penurunan tekanan dapat terjadi, karena ukuran pipa yang


http://andriemultiteknik.com/

35

berdiameter kecil. Ketika refrigeran mengalir, gesekan antara fluida dengan

permukaan pipa sangat besar, sehingga tekanan menjadi turun. Gambar 2.21

menunjukkan pipa kapiler yang dipergunakan dalam penelitian.

Gambar 2.21 Pipa Kapiler

d. Evaporator

Evaporator merupakan sebuah media penguapan cairan refrigeran yang

berasal dari pipa kapiler atau dari katup ekspansi. Penguapan ini bertujuan untuk

menyerap panas dari lingkungan di sekitar evaporator. Evaporator sering juga

disebut cooling coil, boiler, dan lain-lain tergantung dari bentuknya. Karena

kegunaan dari evaporator berbeda-beda, maka evaporator dibuat dalam berbagai

macam bentuk, ukuran dan perencanaan. Gambar 2.22 menunjukkan evaporator

yang dipergunakan dalam penelitian.


36

Gambar 2.22 Evaporator

e. Refrigeran

Refrigeran merupakan bahan pendingin atau fluida yang digunakan oleh mesin

siklus kompresi uap untuk menyerap panas melalui perubahan fase dari cair ke

gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair

(kondensasi). Sehinggan refrigeran dapat dikatakan sebagai pemindah panas

dalam sistem pendingin. Gambar 2.23 menunjukkan refrigeran yang

dipergunakan.

Syarat-syarat untuk kriteria bahan pendingin yang digunakan dalam mesin

siklus kompresi uap adalah :

1. Tidak beracun.

2. Tidak dapat terbakar atau meledak sendiri bila bercampur dengan udara,

pelumas dan sebagainya.

3. Tidak menyebabkan korosi terhadap logam yang dipakai pada sistem

pendingin.

4. Mempunyai titik didih rendah.


37

Berikut tanda-tanda jika mesin siklus kompresi uap kekurangan refrigeran

(under charged) :

1. Tekanan pada sisi tekanan tinggi (kondensor) lebih rendah.

2. Tekanan pada sisi tekanan rendah (evaporator) lebih rendah.

3. Pada pipa masuk menuju ke evaporator terjadi bunga es.

4. Pendinginan yang kurang baik.

Berikut tanda-tanda jika mesin siklus kompresi uap kelebihan refrigeran (over

charged) :

1. Tekanan pada sisi tekanan tinggi (kondensor) lebih tinggi.

2. Tekanan pada sisi tekanan rendah (evaporator) lebih tnggi.

3. Kompresor bersuara lebih keras.

4. Pendinginan kurang baik.

Gambar 2.23 Refrigeran R22


38

2.1.3.2.2. Komponen Pendukung

Komponen pendukung adalah komponen yang apabila tidak terpenuhi maka

sistem masih dapat bekerja, karena fungsi dari komponen ini hanyalah sebagai

pelengkap agar sistem dapat bekerja dengan baik. Alat pendukung ini dapat

berfungsi sebagai alat kontrol ataupun alat pengukur. Jadi untuk dapat

menghasilkan kerja sistem yang seimbang dengan efisiensi yang tinggi diperlukan

adanya komponen pendukung ini.

Komponen pendukung mesin siklus kompresi uap terdiri dari : (a) Filter, (b)

Low Pressure Gauge, (c) High Pressure Gauge, (d) Kipas dan Blower. Berikut

penjelasannya :

a. Filter

Filter merupakan alat yang digunakan untuk menyaring kotoran-kotoran yang

terbawa oleh refrigeran cair ke dalam sistem. Kotoran tersebut dapat berupa debu

kotoran krosi/karat, perak dari pengelasan ataupun uap air. Jika filter ini sampai

mengalami kerusakan, maka kotoran yang lolos dari filter akan menyebabkan

penyumbatan pada pipa kapiler, hal ini akan menyebabkan sirkulasi refrigeran

menjadi terganggu. Gambar 2.24 menunjukkan filter yang dipergunakan dalam

penelitian.


39

Gambar 2.24 Filter

b. Low Pressure Gauge

c. Low Pressure Gauge berfungsi sebagai pengukur tekanan refrigeran saat

refrigeran masuk ke kompresor pada saat sistem sedang bekerja. Pada

umumnya memiliki warna biru. Tekanan yang terukur adalah tekanan kerja

evaporator atau tekanan rendah dari mesin siklus kompresi uap. Gambar 2.25

menunjukkan Low Pressure Gauge

Gambar 2.25 Low pressure Gauge


40

d. High Pressure Gauge

High Pressure Gauge berfungsi sebagai pengukur tekanan refrigeran saat

refrigeran keluar dari kmpresor pada saat sistem sedang bekerja. Pada umumnya

adalah memiliki warna merah. Tekanan yang terukur adalah tekanan kerja

kondensor atau tekanan tinggi dari mesin siklus kompresi uap. Gambar 2.26

menunjukkan High pressure gauge.

Gambar 2.26 High pressure gauge

Tabel 2.1 Nilai maksimum dan minimum Pressure Gauge

Satuan Tekanan Rendah Tekanan Tinggi

Psi 0 - 250 0 - 500

Kgf/cm2 0 – 17.5 0 - 35

R-12 -40 - 100 20 - 160

R-22 -50 - 60 0 - 160

R-502 -80 - 60 20 - 160


41

e. Kipas dan Blower

Kipas dan blower berfungsi untuk mengalirkan udara dari luar ruangan ke

dalam ruangan. Jika kondisi aliran udara terjadi hambatan, dapat terjadi proses

pemadatan udara. Pemadatan udara ini berfungsi untuk menambah jumlah uap air

yang ada di dalam ruang pemadatan, per kg udara keringnya. Gambar 2.27

menunjukkan kipas dan blower yang dipergunakan dalam penelitian.

Gambar 2.27 Kipas dan Blower

( www.google.com)

2.1.3.3. Perhitungan-Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap

Dengan melihat diagram P-h, nilai entalpi yang berada di dalam siklus

kompresi uap dapat diketahui. Dengan diketahuinya nilai entalpi maka nilai kerja

kompresi (Win), nilai kalor yang keluar (Qout), nilai kalor yang masuk (Qin),

koefisien prestasi (COP), dan nilai efisiensi dapat dihitung.

a. Kerja Kompresor (Win)


http://www.google.com/

42

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran adalah perubahan entalpi yang

terjadi dari titik 1-2. Perubahan entalpi yang terjadi dapat dihitung dengan

Persamaan (2.5) :

Win = h2 – h1 …(2.5)

Pada Persamaan (2.5) :

Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ

/kg)

h1 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk ke kompresor (kJ

/kg)

h2 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar dari kompresor (kJ

/kg)

b. Besarnya Energi Kalor yang Dilepas Oleh Kondensor (Qout)

Besarnya kalor yang dilepas oleh kondensor adalah perubahan entalpi yang

terjadi di dalam mesin dari titik 2-3. Perubahan entalpi yang terjadi dapat dihitung

dengan Persamaan (2.6) :

Qout = h3 – h2 …(2.6)


Qout : Jumlah kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran

(kJ

/kg)

h3 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk ke kondensor (kJ

/kg)

h2 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar dari kondensor (kJ

/kg)

c. Besarnya Energi Kalor yang Diserap Oleh Evaporator (Qin)


43

Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah perubahan entalpi yang

terjadi di dalam mesin dari titik 4-1. Perubahan entalpi yang terjadi dapat dihitung

dengan Persamaan (2.7) :

Qin = h1 – h4 …(2.7)


Qin : Jumlah kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran

(kJ

/kg)

h1 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar dari evaporator (kJ

/kg)

h4 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk ke evaporator (kJ

/kg)

d. COPaktual dan COPideal

COP (Coefficient Of Performance) merupakan besaran yang menyatakan

kemampuan sistem untuk menarik kalor dari ruangan (di evaporator) per satuan

daya kompresor.

COPaktual

COPaktual yaitu COP yang sebenarnya dimiliki oleh mesin siklus kompresi uap.

COPaktual dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (2.8) :

COPactual =

…(2.8)


COPaktual : Koefisien prestasi kerja mesin siklus kompresi uap secara aktual

Qin : Jumlah kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa

refrigeran (kJ

/Kg)

Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ

/Kg)


44

COPideal

COPideal yaitu COP maksimal yang dapat dimiliki oleh suatu mesin siklus

kompresi uap. COPideal dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (2.9) :

COPideal =

…(2.9)


COPideal : Koefisien prestasi kerja mesin pendingin secara ideal

Te : Suhu mutlak evaporator (K)

Tc : Suhu mutlak kondensor (K)

e. Efisien Mesin Pendingin

Hasil dari perbandingan nilai COPaktual dan COPideal menghasilkan nilai

efisiensi sistem refrigerasi dengan Persamaan (2.10) :

k u l

ide l …(2. )


Ƞ : Efisiensi mesin pendingin


45

2.2. Tinjauan Pustaka

Khairil dkk (2009) meneliti tentang efek temperatur pipa kapiler terhadap

kinerja mesin pendingin. Menemukan bahwa temperatur pipa kapiler melalui

proses pendinginan memberikan pengaruh terhadap kondisi refrigerasi (nilai h).

Pendinginan tersebut membuat nilai entalpi semakin mengecil terutama pada

bagian keluar dari pipa kapiler atau sebelum masuk evaporator. Semakin rendah

temperatur pendinginan, maka kapasitas refrigerasi akan mengalami kenaikan.

Untuk nilai COP, temperatur optimal dari pipa kapiler yaitu temperatur

pendinginan pada yang paling rendah (posisi thermostat 7, dengan nilai suhu ± -

20oC) dengan nilai COP sebesar 2,71.

Poernomo (2015) melakukan penelitian tentang karakteristik unjuk kerja

sistem pendingin (Air Conditioning) berdasarkan pada variasi putaran kipas

pendingin kondensor. Sistem pendingin ini terdiri dari kompresor, kondensor,

katub ekspansi, evaporator. Refrigeran yang digunakan adalah refrigeran R22.

Penelitian dilakukan dengan menambahkan alat ukur tekanan pada saluran katup

ekspansi dan penambahan alat ukur suhu pada kondensor. Metode yang digunakan

dalam penelitian ini adalah metode percobaan dengan menggunakan peralatan

mesin refrigerasi sistem pendingin udara di laboratorium Fluida. Untuk mencapai

harga unjuk kerja sistem pendingin yang lebih besar, dapat dilakukan dengan

menaikkan koefisien perpindahan kalor kondensasi dan dengan menambahkan

kecepatan udara pendingin pada kondensor. Untuk dapat menaikkan dan

menambahkan kecepatan udara pendingin pada kondensor dapat dilakukan

dengan menambah jumlah aliran udara udara yang akan melewati kondensor.


46

Oleh karena itu pada bagian kondensor dipasang kipas yang dapat diatur

kecepatannya, dengan tujuan untuk mengalirkan udara pada kondensor dengan

jumlah yang lebih banyak. Variasi putaran fan yang diterapkan pada penelitian ini

adalah 50 rpm sampai dengan 150 rpm. Hasil penelitian menunjukkan semakin

banyaknya udara yang dialirkan melewati kondensor, maka temperatur kondensor

cenderung menurun dan kalor yang dilepas oleh kondensor juga cenderung

meningkat. Hal ini menyebabkan koefisien prestasi mesin pendingin semakin

meningkat. Percobaan menunjukkan temperatur kondensor adalah sekitar 41°C

dan kalor yang dilepas kondensor adalah 203,0 kJ/s.

Kusbandono dan Purwadi, melakukan penelitian pengaruh adanya kipas yang

dapat mengalirkan udara melintasi kondensor terhadap COP dan Efisiensi mesin

pendingin showcase. Diperlukan udara yang banyak untuk melintasi kondensor

guna menurunkan temperatur kondensor. Dalam penelitian kali ini sistem mesin

pendingin showcase terdiri dari kompresor, kondensor, pipa kapiler, dan

evaporator, sedangkan komponen tambahannya adalah filter, kipas dan

thermostate. Refrigeran yang digunakan adalah refrigeran R-134a. Dalam

penelitian ini pada bagian kondensor di pasang kipas angin (extra fan). Variasi

penilitian ini yang pertama adalah tanpa adanya kipas tambahan, yang kedua

adalah dengan 1 kipas tambahan dan yang ketiga adalah dengan adanya 2 kipas

tambahan. Dengan adanya kipas ini maka mekanisme perpindahan kalor berubah

dari perpindahan kalor secara bebas menjadi perpindahan kalor secara paksa. Hal

ini menyebabkan meningkatnya laju aliran kalor yang dibuang oleh kondensor

nilainya berturut-turut untuk: tanpa kipas, dengan 1 kipas, dengan 2 kipas sebesar:


47

180 kJ/kg, 181 kJ/kg, dan 184 kJ/kg, menurunnya suhu kerja kondensor nilainya

berturut-turut untuk: tanpa kipas, dengan 1 kipas, dengan 2 kipas sebesar:

77.63°C, 65.52°C dan 55.29°C, menurunnya jumlah kalor yang diserap

evaporator nilainya berturut-turut untuk: tanpa kipas, dengan 1 kipas, dan dengan

2 kipas sebesar: 54 kJ/kg, 48 kJ/kg dan 45 kJ/kg, semakin ringannya kerja

kompresor, semakin meningkatnya COPaktual nilainya berturut-turut untuk: tanpa

kipas, dengan 1 kipas, dan dengan 2 kipas sebasar: 3,23 ; 3,56 dan 3,8 dan

meningkatkan efisiensi mesin siklus kompresi uap nilainya berturut-turut untuk:

tanpa kipas, dengan 1 kipas dan dengan 2 kipas sebesar: 0,76 ; 0,77 dan 0,81.

Mastur dkk (2016) melakukan pengujian tentang pengaruh variasi beban,

waktu pendinginan dan temperatur ruang terhadap peforma mesin pendingin.

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh terhadap waktu pendinginan

dan temperatur di dalam ruangan instalasi uji dengan menggunakan AC split

kapasitas ½ PK, dan untuk mengetahui proporsi beban manakah yang

menghasilkan laju beban aliran massa refrigeran, efek refrigerasi, daya kompresor

dan COP yang paling tinggi dari beban lampu. Variasi beban dalam pengujian ini

dihasilkan dari lampu sebesar 100 watt, 200 watt, 300 watt, 400 watt dan 500

watt. Refrigeran yang digunakan dalam pengujian ini adalah refrigeran R-22.

Hasil dari pengujian ini menunjukkan bahwa efek refrigerasi tertinggi pada

pengujian mengunakan beban lampu 100 watt yaitu 202,702 kJ/kg, dalam waktu

20 menit. Laju aliran massa refrigeran tertinggi pada pengujian ini menggunakan

beban lampu 500 watt, yaitu 0,060556 kg/s, dalam waktu 8 menit. Daya

kompresor tertinggi pada pengujian beban lampu 500 watt yaitu 0,701 kW, dalam


48

waktu 8 menit. COP tertinggi pada pengujian dengan menggunakan beban lampu

300 watt yaitu 18,298 dalam waktu 4 menit. Penurunan temperatur pada ruang uji

sangat lambat, hal ini dikarenakan adanya pembebanan yang dihasilkan oleh

lampu yang semakin lama semakin bertambah.

Berdasarkan tinjauan pustaka yang penulis ambil dari penelitian para ahli di

atas dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan metode dari penelitian yang

dilakukan oleh Haroe Poernomo yaitu dengan menambah jumlah aliran udara

yang akan melewati kondensor dapat membuat menurunnya temperatur kondensor

serta meningkatnya kalor yang dilepas oleh kondensor. Hal ini juga menyebabkan

koefisiesn prestasi mesin pendingin semakin meningkat. Sementara itu,

berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Kusbandono dan Purwadi yaitu

dengan adanya tambahan kipas yang dapat mengalirkan udara melewati

kondensor maka mekanisme perpindahan kalor berubah dari perpindahan kalor

secara bebas menjadi perpindahan kalor secara paksa. Hal ini menyebabkan nilai

laju aliran kalor yang dilepaskan kondensor semakin meningkat bergantung pada

banyaknya jumlah kipas yang digunakan. Semakin banyak kipas yang digunakan

maka nilai laju aliran kalor yang dilepaskan kondensor semakin meningkat. Hal

ini juga menyebabkan menurunnya suhu kerja kondensor, kalor yang diserap oleh

evaporator, namun nilai COP dan efisiensi semakin meningkat sebanding dengan

jumlah kipas yang digunakan. Dari penelitian yang sudah dilakukan oleh Khairil

dkk menunjukkan bahwa temperatur pipa kapiler melalui proses pendinginan

membuat nilai entalpi semakin menurun terhadap kondisi refrigerasi. Semakin


49

rendah temperatur pendinginan maka kapasitas refrigeran akan mengalami

kenaikan. Sementara dengan metode yang dilakukan oleh Mastur dkk, yaitu

dengan melakukan penelitian dengan variasi terhadap beban lampu, temperatur

ruang dan waktu pendinginan menunjukkan bahwa efek refrigerasi tertinggi yaitu

pada sedikit beban yang digunakan, laju aliran massa refrigeran tertinggi yaitu

pada pengujian yang menggunakan beban yang paling tinggi.


50

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Objek Penelitian

Objek penelitian ini adalah mesin pemanen air dari udara, seperti tersaji

pada Gambar 3.1. Mesin bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap.

Ukuran mesin pemanen air dari udara adalah panjang x lebar x tinggi = 120

cm x 120 cm x 100 cm.

Gambar 3.1 Objek Penelitian


51

Keterangan pada Gambar 3.1 :

A. Kipas

B. Blower

C. Evaporator

D. Pipa Kapiler

E. Filter

F. Kompresor

G. Kondensor

H. Gelas Ukur

3.2. Alat, Komponen dan Bahan, Alat Ukur Penelitian

Dalam proses pembuatan mesin pemanen air dari udara ini diperlukan alat

dan bahan sebagai berikut :

3.2.1. Alat

a. Gergaji kayu

Gergaji kayu digunakan sebagai alat pemotong kayu yang gunakan untuk

alas komponen mesin pemanen air dari udara.

b. Bor

Bor digunakan untuk membuat lubang agar pemasangan baut dapat

dimasukkan komponen yang dilubangi.


52

c. Meteran dan Mistar

Meteran digunakan untuk mengukur panjang ukuran rangka, kayu yang

digunakan dalam proses pembuatan mesin pemanen air dari udara. Mistar

digunakan untuk mengukur suatu benda yang ukurannya kurang dari 30 cm.

d. Palu

Palu digunakan untuk membenamkan paku pada saat pemasangan kerangka

dan komponen mesin pemanen air dari udara.

e. Obeng

Obeng digunakan untuk mengencangkan mur dan baut.

f. Gunting dan Cutter

Gunting dan pisau cutter digunakan untuk membantu memotong

Styrofoam, lakban dan lem isolasi dalam proses pembuatan mesin pemanen air

dari udara.

g. Gerinda Tangan

Gerinda digunakan untuk mempermudah dan mempercepat pemotongan

komponen atau bahan yang sulit dipotong dengan gergaji biasa dalam

pembuatan kerangka mesin pemanen air dari udara.

h. Tang Kombinasi

Digunakan untuk melakukan pemotongan, penarikan, dan pengikatan

kawat pengencang komponen dilakukan dengan menggunakan tang

kombinasi.


53

i. Tube cutter

Digunakan untuk melakukan mempermudah proses pengelasan pipa

tembaga.

j. Tube expander

Digunakan untuk memperlebar ujung pipa tembaga agar pipa yang

tersambung nantinya dapat tersambung dengan baik.

k. Las gas dan material gas

Digunakan untuk melakukan pengelasan pipa tembaga komponen dari

mesin pemanen air dari udara.

3.2.2. Bahan dan Komponen

Bahan yang digunakan dalam proses pembuatan mesin pemanen air dari

udara , antara lain sebagai berikut :

1. Kayu

Kayu digunakan sebagai alas rangka dan dinding mesin pemanen air dari

udara. Jenis dan ukuran kayu yang digunakan dalam pembuatan mesin

pemanen air dari udara ini adalah kayu nangka dengan ukuran tebal 3 cm,

lebar 4 cm, dan panjang 4 m.

2. Triplek


54

Triplek digunakan sebagai dinding atau kerangka mesin pemanen air dari

udara triplek yang digunakan dalam pembuatan mesin ini memiliki ukuran

tebal 12 mm panjang 210 cm, dan tinggi 90 cm.

3. Lakban, lem G, lem kayu

Digunakan untuk merekatkan bahan dalam proses pembuatan mesin

pemanen air dari udara.

4. Paku, mur, dan baut

Digunakan untuk menyatukan rangka dan triplek agar tersambung kuat

dengan komponennya.

5. Kompresor

Spesifikasi kompresor yang dipakai dalam penelitian ini adalah kompresor

dengan tipe Hermetik jenis rotary, dengan daya kompresor 1 PK, tegangan

sebesar 220 volt, dan dengan arus sebesar 3,4 Ampere. Diameter kompresor

13 cm, tinggi kompresor 29,5 cm. Gambar 3.11 menunjukkan kompresor

Gambar 3.2 Kompresor hermatik jenis rotary


55

6. Kondensor

Spesifikasi dari kondensor yang digunakan dalam penelitian adalah jenis

kondensor berpendingin udara, jenis pipa bersirip, bahan pipa tembaga, bahan

sirip aluminium, dengan jumlah sirip adalah 135 sirip. Diameter kondensor

yang digunakan adalah 0,4 in (1,016 cm). Ukuran dari kondensor yang

digunakan adalah p x l x t = 58 cm x 20 cm x 35 cm. Gambar kondensor dapat

dilihat pada Gambar 2.20.

7. Pipa Kapiler

Spesifikasi pipa kapiler yang dipergunakan dalam penelitian adalah pipa

kapiler berdiameter 0,6 mm, panjang 40 cm, dan bahan pipa dari tembaga.

Gambar pipa kapiler dapat dilihat pada Gambar 2.21.

8. Evaporator

Spesifikasi evaporator yang digunakan dalam penelitian adalah evaporator

jenis pipa bersirip, dengan diameter pipa 0,4 inci dan bahan pipa evaporator

yaitu tembaga. Bahan sirip evaporator adalah aluminium. Ukuran evaporator

yang digunakan adalah p x l x t = 84 cm x 17 cm x 18 cm. Gambar evaporator

dapat dilihat pada Gambar 2.22.

9. Filter

Berfungsi untuk menyaring kotoran sebelum refrigeran memasuki pipa

kapiler agar tidak terjadi penyumbatan dari kotoran lainnya. Filter yang


56

digunakan memiliki ukuran panjang 8 cm dan diameter 12 mm dengan bahan

yang digunakan bahan tembaga. Gambar filter dapat dilihat pada Gambar 2.24.

10. Refrigeran

Refrigeran yang digunakan dalam penelitian ini adalah refrigeran R22.

Gambar refrigeran dapat dilihat pada Gambar 2.23.

11. Kipas dan Blower

Kipas yang dipergunakan dalam mesin pemanen air dari udara ini

berjumlah 2 buah yang diletakkan di depan evaporator untuk proses

pemadatan udara saat akan melewati evaporator. Mesin ini juga menggunakan

1 buah blower yang udaranya diarahkan langsung masuk ke evaporator.

Spesifikasi kipas yang digunakan adalah :

Kipas 1

Jumlah sudu : 3 buah

Diameter kipas : 30 cm

Daya : 45 watt

Voltase : 220 volt

Kipas 2

Jumlah sudu : 3 buah

Diameter kipas : 30 cm

Daya : 45 watt

Voltase : 220 volt


57

Blower

Jenis : Blower angin keong speed

Diameter : 2”

Jumlah rpm : 3000 rpm

Voltase : 220 volt

Daya : 150 watt

12. Selang

Digunakan untuk mengalirkan air hasil pengembunan yang dihasilkan oleh

evaporator menuju gelas ukur. Ukuran selang yang digunakan adalah ¾ inchi.

3.2.3. Alat ukur Penelitian

Dalam proses pengambilan data diperlukan alat bantu penelitian, yaitu :

a. Pengukur suhu (thermometer) digital dan termokopel

Termokopel digunakan untuk mengukur perubahan temperatur pada saat

penelitian. Cara kerja dari termokopel ini adalah pada ujung termokopel

diletakkan/ditempel pada bagian yang akan diukur temperaturnya.


58

Gambar 3.3 Termokopel

b. Thermometer Hygrometer Analog

Digunakan untuk mengukur suhu bola kering dan suhu bola basah udara

Gambar 3.4 Hygrometer

c. Stopwatch

Digunakan untuk mengukur waktu dalam penelitian. Waktu yang

dibutuhkan adalah setiap 15 menit dalam 2 jam.


59

d. Tachometer

Digunakan untuk mengukur kecepatan rotasi kipas dan blower yang

digunakan dalam penelitian.

Gambar 3.5 Tachometer

e. Gelas ukur dan timbangan

Gelas ukur digunakan untuk menampung jumlah air yang keluar dari

selang keluaran evaporator. Timbangan digunakan untuk menimbang volume

air yang dihasilkan mesin pemanen air dari udara.

Gambar 3.6 Gelas ukur dan Timbangan


60

3.3. Tata Cara Penelitian

3.3.1. Alur Penelitian

Pelaksanaan penelitian mengikuti alur penelitian seperti tersaji pada

Gambar 3.7

Gambar 3.7 Skematik Alur penelitian


61

3.3.2. Pembuatan Mesin Pemanen Air dari Udara

Langkah-langkah dalam pembuatan mesin pemanen air dari udara, yaitu :

a. Melakukan perancangan bentuk dan dimensi ukuran mesin pemanen air

dari udara

b. Membuat rangka mesin pemanen air dari udara menggunakan material

yang sudah dipersiapkan.

c. Memasang komponen utama siklus kompresi uap, yaitu : kompresor,

kondensor, pipa kapiler, evaporator pada rangka yang telah dibuat.

d. Melakukan pemasangan triplek sebagai penutup badan rangka mesin.

e. Menutup celah-celah antara komponen kayu dan triplek menggunakan

perekat agar sirkulasi dalam ruangan mesin bekerja optimal.

f. Melakukan pemvakuman untuk menghilangkan udara, uap air dan kotoran,

yang terjebak dalam mesin siklus kompresi uap, dengan langkah-langkah

sebagai berikut:

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, agar kotoran keluar melalui pipa kapiler

dan keluar ke filter.

4. Memastikan jarum pressure gauge menunjuk ke angka 0 Psia.

5. Memastikan tidak ada kebocoran sambungan pipa.


62

6. Mengelas ujung potongan pipa kapiler.

g. Melakukan proses pengisian refrigeran jenis R22, dengan langkah-langkah

sebagai berikut :

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

pressure) pada katup pengisian katup tengah pressure gauge, dan

ujung selang satunya disambungkan ke tabung refrigeran.

2. Menghidupkan kompresor dan buka keran pada tabung refrigeran

secara perlahan-lahan. Setelah tekanan berada pada tekanan yang

diinginkan maka tutup kran pada tabung refrigeran.

3. Setelah selesai, lepaskan selang pressure gauge dan cek lubang katup,

sambungan pipa agar tidak terjadi kebocoran.

3.4. Motode Penelitian

Metode penelitian dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma.

3.5. Variasi Penelitian

Variasi dilakukan terhadap peralatan yang digunakan untuk memasukkan

udara, yaitu :

a. 2 kipas dengan 1 blower

b. 1 kipas dengan 1 blower

c. 1 blower


63

3.6. Skematik Pengambilan Data

Gambar 3.8 Skematik pengambilan data


a. TA

Hygrometer ini digunakan untuk mengukur suhu udara kering (TdbA) dan

suhu udara basah (TwbA) pada saat sebelum memasuki ruangan pemadatan.

b. TB

Hygrometer ini digunakan untuk mengukur suhu udara kering (TdbB) dan

suhu udara basah (TwbB) pada saat di dalam ruangan pemadatan.


64

c. TD

Termokopel ini digunakan untuk mengukur suhu udara kering (TdbD) yang

keluar dari evaporator.

d. TE

Termokopel ini digunakan untuk mengukur suhu udara kering (TdbE) yang

keluar dari kondensor.

e. T1

Termokopel ini digunakan untuk mengukur suhu kerja refrigeran

evaporator (Tevap).

f. T2

Termokopel ini digunakan untuk mengukur suhu kerja refrigeran

kondensor (Tkond).

g. P1

Pressure gauge ini berfungsi untuk mengukur tekanan kerja evaporator saat

beroperasi (Pevap).

h. P2

Pressure gauge ini berfungsi untuk mengukur tekanan kerja kondensor saat

beroperasi (Pkond).

3.7. Cara Pengambilan Data

Pengambilan data pada penelitian primer didasarkan pada apa yang

ditampilkan oleh alat ukur yang dipergunakan di dalam penelitian. Pada

penelitian ini, mempergunakan alat ukur : termokopel, hygrometer, gelas ukur,

timbangan, stopwatch, dll. Untuk data sekunder mempergunakan diagram p-h


65

untuk mendapatkan data entalpi, suhu kerja kondensor, suhu kerja evaporator,

dan mempergunakan psychrometric chart untuk mendapatkan data-data :

kelembapan relatif, kelembapan spesifik, suhu titik embun, suhu udara basah,

dll. Untuk mendapatkan data-data sekunder diperlukan data-data primer untuk

menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram p-h. Untuk mendapatkan

data-data pada psychrometric chart diperlukan data-data primer untuk

menggambarkan proses mesin pemanen air dari udara.

Langkah-langkah untuk mendapatkan data sebagai berikut :

a. Mempersiapkan alat ukur pada posisinya. Pastikan alat ukur sudah

dikalibrasi.

b. Memasang alat ukur.

c. Jika sudah siap semuanya, nyalakan mesinnya sesuai dengan variasinya.

d. Melakukan pencatatan data setiap 15 menit. Data-data penelitian dituliskan

pada tabel yang sudah dipersiapkan (Tabel 3.1)

e. Melakukan pengambilan data ulang dengan variasi yang lain.


66

Tabel 3.1 Tabel yang digunakan untuk mencatat hasil pengambilan data

3.8. Cara Mengelolah Data

Cara yang digunakan untuk menganalisis dan menampilkan hasil adalah :

a. Data yang diperoleh dari penelitian dimasukkan dalam Tabel 3.1.

Kemudian hitung rata-rata dari 3 kali percobaan setiap variasinya.

b. Setelah mendapatkan hasil rata-rata, kemudian menggambarkan siklus

kompresi uap pada diagram P-h dengan menggunakan data dari suhu kerja

kondensor dan suhu kerja evaporator.

c. Mencari besarnya tekanan kondensor dan tekanan evaporator pada

diagram P-h dengan menggunakan suhu kerja kondensor dan suhu kerja

evaporator.

d. Mencari kerja kompresor persatuan massa refrigeran.

e. Menghitung kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran.

f. Menghitung kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran.


67

g. Menghitung nilai COPaktual dan COPideal pada mesin pemanen air dari

udara.

h. Menghitung efisiensi mesin pemanen air dari udara.

i. Menggambarkan proses udara yang terjadi di dalam mesin pemanen air

pada psychrometric chart dengan menggunakan data-data suhu udara dari

hasil penelitian.

j. Menghitung massa air yang berhasil diembunkan, besarnya kandungan uap

air persatuan massa udara, laju aliran massa udara, dan debit aliran udara

dengan psychrometric chart yang telah digambarkan.

k. Menampilkan semua hasil data perhitungan dalam bentuk grafik.

l. Melakukan pembahasan terhadap hasil penelitian untuk berbagai variasi

penelitian.

3.9. Cara Mendapatkan Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan merupakan inti dari pembahasan. Kesimpulan yang dibuat

dalam penelitian harus menjawab tujuan penelitian yang ada di Bab 1. Saran

dibuat untuk memberikan masukan agar jika penelitian dilakukan lagi, dapat

memberikan data hasil penelitian yang lebih baik.


68

BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian

Data yang dicatat dari hasil penelitian mesin pemanen air dari udara yang

bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap pada setiap variasi antara lain :

suhu kerja evaporator (Tevap), suhu kerja kondensor (Tkond), suhu udara kering

(TdbA) dan suhu udara basah (TwbA) sebelum masuk mesin pemanen air dari

udara, suhu udara kering (TdbB) dan suhu udara basah (TwbB) setelah dipadatkan

di ruang pemadatan, suhu udara kering yang keluar dari evaporator (TdbD), suhu

udara kering yang keluar dari kondensor (TdbE) dan volume air yang dihasilkan

mesin pemanen air setiap 15 menit selama dua jam pengambilan data. Pengujian

dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap variasi dan kemudian menghitung rata-

rata dari ketiga variasi pengambilan data tersebut. Variasi dilakukan terhadap

peralatan yang digunakan untuk memasukkan udara (a) 2 kipas dengan 1 blower,

(b) 1 kipas dengan 1 blower, (3) 1 blower.

Kipas yang dipergunakan pada saat penelitian memiliki putaran kipas

sebesar 2600 rpm, daya 45 watt. Blower yang dipergunakan dalam penelitian

memiliki putaran kipas 3000 rpm, daya 150 watt. Hasil rata-rata dari setiap variasi

penelitian disajikan pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.3.


69

Tabel 4.1 Data hasil penelitian dengan variasi menggunakan 2 kipas dan 1 blower

No. Waktu

Variasi

Refrigeran

Pevap Pkond Tevap Tkond

(Menit) (Bar) (Bar) (oC) (

oC)

1 15

2 kipas dan 1

blower

6,74 33,32 9,7 75,20

2 30 6,77 33,50 9,8 75,47

3 45 6,74 33,61 9,7 75,63

4 60 6,76 33,63 9,8 75,67

5 75 6,81 33,95 10,0 76,13

6 90 6,78 33,81 9,9 75,93

7 105 6,80 33,74 10,0 75,83

8 120 6,81 33,92 10,0 76,10

Rata-rata 6,78 33,68 9,9 75,75

Tabel 4.1 Lanjutan data hasil penelitian dengan variasi menggunakan 2 kipas dan

1 blower

Waktu Udara Jumlah

Air TdbA TwbA TdbB TwbB TdbD TdbE

(Menit) (oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) Liter

15 21,3 20,2 23,0 21,8 17,0 39,3 0,71

30 21,4 20,3 23,0 21,9 16,8 39,1 1,43

45 22,0 20,5 23,5 21,9 16,3 40,0 2,12

60 22,7 20,5 23,5 21,9 16,7 40,0 2,80

75 22,5 21,0 23,2 22,1 16,7 40,1 3,47

90 22,9 21,2 23,4 22,1 16,8 40,3 4,13

105 22,9 21,3 23,7 22,7 16,8 38,9 4,76

120 23,0 21,2 23,7 22,8 16,9 39,1 5,38

Rata-

rata 22,3 20,8 23,4 22,2 16,8 39,6

2,692

liter/jam


70

Tabel 4.2 Data hasil penelitian dengan variasi menggunakan 1 kipas dan 1 blower

No. Waktu

Variasi

Refrigeran



oC)

1 15

1 kipas dan 1

blower

6,60 32,76 9,0 74,3

2 30 6,54 32,95 8,7 74,6

3 45 6,68 33,43 9,4 75,7

4 60 6,76 33,86 9,8 76,0

5 75 6,74 33,83 9,7 76,0

6 90 6,77 33,94 9,8 76,1

7 105 6,72 33,81 9,6 75,9

8 120 6,67 33,76 9,3 75,9

Rata-rata 6,68 33,54 9,4 75,6

Tabel 4.2 Lanjutan data hasil penelitian dengan variasi menggunakan 1 kipas dan

1 blower

Waktu Udara Jumlah


(Menit) (oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) Liter

15 22,7 21,1 23,3 23,2 16,2 41,0 0,572

30 23,0 21,3 23,8 21,3 16,3 40,6 1,136

45 23,2 21,3 23,9 21,4 16,3 40,7 1,697

60 23,3 21,5 24,1 21,8 16,4 40,8 2,252

75 23,2 21,6 23,7 21,9 16,6 40,6 2,808

90 23,2 21,7 23,8 22 16,7 40,7 3,385

105 23,3 21,7 24,1 22 16,6 40,6 3,970

120 23,0 21,7 25 22 16,7 40,8 4,568

Rata-

rata 23,1 21,5 24 22 16,5 40,7

2,284

liter/jam


71

Tabel 4.3 Data hasil penelitian dengan variasi menggunakan 1 blower

No. Waktu

Variasi

Refrigeran



oC)

1 15

1 blower

6,62 32,48 9,1 73,9

2 30 6,60 32,36 9,0 73,7

3 45 6,61 32,68 9,0 74,2

4 60 6,62 32,78 9,1 74,4

5 75 6,65 32,78 9,2 74,4

6 90 6,67 33,02 9,3 74,7

7 105 6,64 32,92 9,2 74,6

8 120 6,65 32,97 9,2 74,7

Rata-rata 6,63 32,75 9,2 74,3

Tabel 4.3 Lanjutan data hasil penelitian dengan variasi menggunakan 1 blower

Waktu Udara Jumlah


(Menit) (oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) Liter

15 26,2 22,0 27,5 24,3 14,6 40,1 0,412

30 26,3 22,0 27,3 24,1 14,4 40,3 0,852

45 26,2 22,4 27,2 24,1 15,1 40,7 1,300

60 26,3 22,4 27,0 24,0 15,6 40,8 1,787

75 26,2 22,3 27,0 24,1 15,7 40,7 2,275

90 26,0 22,1 26,7 23,5 15,6 40,6 2,755

105 26,1 22,2 26,5 23,2 15,6 40,6 3,243

120 25,5 22,0 26,4 22,9 15,7 40,1 3,735

Rata-

rata 26,1 22,2 27 23,8 15,3 40,5

1,867

liter/jam


72

4.2. Perhitungan

Data penelitian akan dianalisa menggunakan psychrometric chart dan

diagram P-h. Perhitungan yang dilakukan pada penelitian mesin pemanen air dari

udara yaitu perhitungan yang terkait pada psychrometric chart dan siklus

kompresi uap pada diagram P-h.

4.2.1. Siklus Kompresi Uap

Perhitungan-perhitungan di dalam siklus kompresi uap meliputi

perhitungan pada diagram P-h.

4.2.1.1. Diagram P-h

Diagram P-h digunakan untuk menganalisis unjuk kerja mesin siklus

kompresi uap pada mesin pemanen air dari udara. Salah satu contoh gambar

diagram P-h dari hasil penelitian pada variasi 2 kipas dengan 1 blower disajikan

pada Gambar 4.1.


73

Gambar 4.1. Siklus kompresi uap pada diagram P-h pada variasi

2 kipas dengan 1 blower

Gambar 4.1 menyajikan diagram P-h pada variasi 2 kipas dengan 1 blower

yang akan digunakan sebagai contoh pada analisis dan perhitungan. Diagram P-h

yang digunakan adalah diagram P-h R22, karena mesin pemanen air dari udara

menggunakan Freon R22. Data yang digunakan untuk menggambar diagram P-h

adalah suhu kerja evaporator (Tevap), suhu kerja kondensor (Tkond), tekanan

evaporator (P1), dan tekanan kondensor (P2). Dari hasil Gambar 4.1 dapat

diperoleh nilai entalpi h1, h2, h3 dan h4.


74

Tabel 4.4. Data untuk nilai-nilai entalpi

Variasi h1 h2 h3 h4 Pevap Pkond

(kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (Bar) (Bar)

2 kipas dan 1 blower 404,8 449,9 301 301 6,78 33,68

1 kipas dan 1 blower 404,6 449,3 300,9 300,9 6,68 33,53

1 blower 404,1 448,7 300,8 300,8 6,63 32,75

4.2.1.2. Perhitungan pada Diagram P-h

Dari Gambar 4.1 bisa didapatkan beberapa data yang akan digunakan

untuk menganalisis karakteristik mesin siklus kompresi uap, diantaranya : besar

kalor yang diserap oleh evaporator (Qin), besar kalor yang dilepas oleh kondensor

(Qout), kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), COPaktual, COPideal, dan

efisiensi mesin siklus kompresi uap (ƞ). Contoh perhitungan diambil dari data

variasi 2 kipas 1 blower yang dilakukan selama 2 jam.

a. Besar kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)

Energi kalor yang diserap oleh evaporator dapat dihitung dengan Persamaan

(2.7). Perhitungan energi kalor yang diserap oleh evaporator sebagai berikut :

Qin = h1 – h4

= 404,8 kJ/kg – 301 kJ/kg

= 103,8 kJ/kg


75

Tabel 4.5. Data untuk hasil perhitungan dari Qin

No. Variasi Qin

(kJ/kg)

1 2 kipas dengan 1 blower 103,8


3 1 blower 103,3

b. Besar kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout)

Energi kalor yang dilepas oleh kondensor dapat dihitung dengan Persamaan

(2.6). Perhitungan energi kalor yang diserap oleh evaporator sebagai berikut :

Qout = h2 – h3

= 449,9 kJ/kg – 301 kJ/kg

= 148,9 kJ/kg

Tabel 4.6. Data untuk hasil perhitungan dari Qout

No. Variasi Qout

(kJ/kg)



3 1 blower 147,9

c. Kerja kompresor (Win)


76

Kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitungan dengan

Persamaan (2.5). Perhitungan energi kalor yang diserap oleh evaporator sebagai

berikut :

Win = h2 – h1

= 444,9 kJ/kg – 404,8 kJ/kg

= 45,1 kJ/kg

Tabel 4.7. Data untuk hasil perhitungan dari Win

No. Variasi Win

(kJ/kg)



3 1 blower 44,6

d. Coefficient Of Performance aktual (COPaktual)

COPaktual dapat dihitung dengan Persamaan (2.8). Perhitungan COPaktual

sebagai berikut :

COPaktual =

=

= 2,302


77

Tabel 4.8. Data untuk hasil perhitungan COPactual

No. Variasi COPactual



3 1 blower 2,316

e. Coefficient Of Performance ideal (COPideal)

Satuan suhu yang dipergunakan untuk menghitung COPideal adalah kelvin (K).

Sebelum menghitung nilai COPideal satuan suhu Tevap dan Tkond harus diubah ke

kelvin. Maka nilai dari Tevap = 282,9 K dan nilai Tkond = 348,75 K. COPideal dapat

dihitung dengan Persamaan (2.9). Perhitungan COPideal sebagai beikut :

COPideal =

=

= 4,296

Tabel 4.9. Data untuk hasil perhitungan COPideal

No. Variasi COPideal



3 1 blower 4,335

f. Efisiensi mesin siklus kompresi uap (ƞ)


78

Efisiensi mesin siklus kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.10).

Perhitungan efisiensi mesin siklus kompresi uap sebagai berikut :

Ƞ =

=

= 53,57 %

Tabel 4.10 Data untuk hasil perhitungan efisiensi

No. Variasi Efisiensi

(%)



3 1 blower 53,43

4.2. Psychrometric Chart

Psychrometric chart digunakan untuk menganalisa proses-proses udara

yang terjadi di dalam mesin pemanen air dari udara saat sedang beroperasi. Salah

satu contoh gambar psychrometric chart dari hasil penelitian terhadap variasi 1

blower disajikan pada Gambar 4.2.


79

Gambar 4.2 Proses pemanenan air pada psychrometric chart pada variasi 1 bower

Pada Gambar 4.2, titik A adalah kondisi udara lingkungan sebelum

memasuki ruang pemadatan, titik B adalah kondisi udara setelah dipadatkan di

dalam ruangan pemadatan, titik C adalah kondisi udara yang masuk ke dalam

evaporator, titik D adalah kondisi udara setelah melewati evaporator, dan titik E

adalah kondisi udara yang keluar melewati kondensor.

Dari Gambar 4.1 dapat ditentukan nilai dari kelembapan relatif udara.

Nilai kelembapan relatif udara pada penelitian dibagi menjadi 2, yaitu:

kelembapan relatif udara sebelum dipadatkan (RHA) dan kelembapan relatif udara

setelah dipadatkan (RHB).

Tabel 4.11. Data untuk nilai RH


80

No. Variasi RHA RHB

(%) (%)

1 2 kipas dengan 1 blower 88 90

2 1 kipas dengan 1 blower 87 89

3 1 blower 79 81

4.2.1. Perhitungan pada Psychrometric Chart

Dari data-data yang telah diperoleh dengan mempergunakan

psychrometric chart pada Gambar 4.2, maka dapat dihitung nilai laju aliran massa

yang diembunkan ( ), besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa

udara (ΔW), laju aliran massa udara ( ), dan debit aliran udara ( ). Contoh

perhitungan diambil dari data penelitian pada variasi 1 blower.

a. Laju aliran massa air yang diembunkan ( )

Laju alian massa yang diembunkan dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.1). Dari data variasi 1 blower diketahui bahwa jumlah rata-rata air

yang dihasilkan selama dua jam adalah 3,734 liter atau sama dengan 3,734 kg,

jadi laju aliran massa air yang diembunkan dapat dihitung sebagai berikut :

=

=

= 1,867 kgair/jam


81

Tabel 4.12. Data untuk hasil perhitungan

No. Variasi

air

(kgair/jam)



3 1 blower 1,867

b. Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara (ΔW)

Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara (ΔW) dapat

digunakan Persamaan (2.2). Contoh perhitungan diambil dari data penelitian pada

variasi 1 blower, sebagai berikut :

ΔW = WA - WB

= 0,0166 – 0,0118

= 0,0048 kgair/kgudara

Tabel 4.13. Data untuk hasil perhitungan (ΔW)

No. Variasi

Δw

(kgair/kgudara)



3 1 blower 0,0078


82

c. Laju aliran massa udara ( )

Laju aliran massa udara ( ) dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.3). Contoh perhitungan menggunakan data variasi 1 blower sebagai

berikut :

=

=

= 239,36 kgudara/jam

Tabel 4.14. Data untuk hasil perhitungan laju aliran massa udara ( )

No. Variasi udara

(kgudara/jam)



3 1 blower 239,36

d. Debit aliran udara ( )

Debit aliran udara ( ) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.4).

Contoh perhitungan menggunakan data variasi 1 blower sebagai berikut :

=

= ⁄

⁄


83

= 199,47 m3/jam

Tabel 4.15. Data untuk hasil perhitungan efisiensi ( )

No. Variasi

(m3/jam)



3 1 blower 199,47

4.3. Pembahasan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, semua data yang diperoleh akan

ditampilkan dalam bentuk diagram batang agar lebih mudah dalam memahami

dan melakukan pembahasan terkait dengan hasil data penelitian.

4.3.1. Pembahasan hasil data penelitian terhadap mesin siklus kompresi uap

Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh data berupa suhu kerja

evaporator (Tevap), suhu kerja kondensor (Tkond), tekanan kerja evaporator (Pevap)

dan tekanan kerja kondensor (Tkond) yang dapat digunakan untuk menggambarkan

siklus kompresi uap pada diagram P-h. Hasil yang didapat dari diagram P-h

berupa nilai entalpi untuk setiap variasi penelitian. Dari nilai entalpi tersebut dapat

diperoleh hasil perhitungan besar kalor persatuan massa refrigeran yang diserap

evaporator (Qin), besar kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor

(Qout), nilai kerja kompresor (Win), Coefficient Of Performance aktual (COPaktual),

Coefficient Of Performance ideal (COPideal), dan nilai efisiensi (ƞ).


84

Dari hasil data perhitungan, energi kalor yang paling banyak diserap oleh

evaporator yaitu pada variasi 2 kipas dengan 1 blower dan energi kalor yang

paling banyak dilepaskan oleh kondensor yaitu pada variasi 2 kipas dan 1 blower.

Dan energi kalor yang paling sedikit diserap oleh evaporator dan energi kalor

yang paling sedikit dilepaskan oleh kondesor yaitu pada variasi 1 blower. Hal ini

dikarenakan semakin banyaknya peralatan yang digunakan untuk memasukkan

udara ke evaporator maka debit udara akan semakin besar dan akan membuat

energi kalor yang diserap oleh evaporator semakin besar juga. Diagram dapat

dilihat pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4.

Gambar 4.3 Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)

103,8

103,5

103,3

103

103.1

103.2

103.3

103.4

103.5

103.6

103.7

103.8

103.9

Qin

(k

J/k

g)

2 kipas dan 1 blower


1 blower


85

Gambar 4.4 Energi kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout)

Data hasil perhitungan kerja kompresor yang paling tinggi yaitu pada variasi 2

kipas dengan 1 blower dan yang paling rendah terjadi pada variasi 1 blower.

Kompresor bekerja pada tekanan yang berbeda-beda. Pada variasi 2 kipas dengan

1 blower kompresor bekerja pada tekanan kondensor dan suhu kerja kondensor

yang paling tinggi jika dibandingkan dengan variasi lainnya, sehingga kerja

kompresor menjadi lebih tinggi. Kerja kompresor untuk semua variasi dapat

dilihat pada Gambar 4.5.

148.9

148.4

147.9

147.4

147.6

147.8

148

148.2

148.4

148.6

148.8

149Q

ou

t (k

J/k

g)



1 blower


86

Gambar 4.5 Kerja kompresor untuk semua variasi penelitian (Win)

Dari hasil data penelitian COPaktual yang tertinggi terjadi pada variasi 1 blower

dan pada hasil data COPideal yang tertinggi terjadi pada variasi 1 blower juga.

Sedangkan pada variasi 2 kipas dan 1 blower didapatkan nilai terendah untuk

COPaktual dan COPideal. Nilai COPaktual adalah nilai kerja mesin yang sebenarnya

atau rasio dari besar kalor yang diserap evaporator terhadap kerja kompresor.

Yang mempengaruhi besarnya nilai COPaktual dan COPideal juga adalah nilai

entalpi dan suhu refrigeran mesin. Untuk nilai COPideal juga sangat berpengaruh

pada suhu saat evaporasi dan saat kondensasi.

45.1

44.7

44.6

44.3

44.4

44.5

44.6

44.7

44.8

44.9

45

45.1

45.2

Win

(k

J/k

g)



1 blower


87

Gambar 4.6 COPaktual untuk semusa variasi

Gambar 4.7 COPideal untuk semua variasi

Dapat dilihat dari Gambar 4.8 bahwa nilai efisiensi tertinggi terjadi pada

variasi 2 kipas dengan 1 blower, sedangkan efisiensi terendah terjadi pada variasi

2.302

2.315 2.316

2.290

2.295

2.300

2.305

2.310

2.315

2.320

CO

Pak

tual



1 blower

4.296

4.266

4.335

4.220

4.240

4.260

4.280

4.300

4.320

4.340

4.360

CO

Pid

eal



1 blower


88

1 blower. Dengan adanya tambahan peralatan yang diberikan untuk memasukkan

udara ke dalam mesin pemanen air dari udara dapat juga mempengaruhi efesiensi

kerja mesin siklus kompresi uap. Semakin banyaknya peralatan yang dipasang

untuk memasukkan udara maka air yang akan dihasilkan juga semakin banyak.

Gambar 4.8 Efisiensi untuk setiap variasi penelitian

4.3.2. Pembahasan hasil data penelitian terkait psychrometric chart

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, diperoleh data berupa suhu udara

kering (TbdA) dan suhu udara basah (TwbA) sebelum masuk ruang pemadatan, suhu

udara kering (TdbB) dan suhu udara basah (TwbB) setelah melewati ruang

pemadatan, suhu udara kering yang keluar dari evaporator (TdbD), suhu udara

kering yang keluar dari kondensor (TdbE), dan jumlah volume air dari ketiga

variasi hasil penelitian. Dari data tersebut dapat digambarkan proses udara pada

mesin pemanen air dari udara pada psychrometric chart dan dapat diperoleh hasil

perhitungan berupa besar laju aliran massa air ( air), besarnya perubahan

53.57

54.28

53.43

53.00

53.20

53.40

53.60

53.80

54.00

54.20

54.40

Efis

ien

si (

%)



1 blower


89

kandungan uap air permassa refrigeran (Δw), besarnya laju aliran massa udara

( udara), dan debit aliran udara ( ).

Dari hasil data perhitungan, laju aliran massa air yang paling tinggi terjadi

pada variasi 2 kipas dengan 1 blower, dan laju aliran massa air paling sedikit

terjadi pada variasi 1 blower. Hal ini dikarenakan besarnya laju aliran massa air

berpengaruh terhadap banyaknya udara yang dimasukkan kedalam evaporator

dengan mempergunakan peralatan tambahan untuk memasukkan udara. Dengan

menggunakan tambahan peralatan seperti 2 buah kipas dan 1 blower

membuktikan bahwa hasil air yang dihasilkan lebih banyak dari variasi lainnya.

Hasil penelitian dapat untuk semua variasi dapat dilihat pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9. Laju aliran massa air ( air) untuk semua variasi

Perubahan kandungan uap air persatuan massa refrigeran tertinggi dapat

dilihat pada variasi 1 blower. Sementara itu untuk variasi lainnya diperoleh

2.692 2.548

1.867

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

m a

ir (

kg

air

/jam

)



1 blower


90

kandungan uap air lebih rendah dari variasi 1 blower. Hal ini terjadi karena

pengujian dan pengambilan data berlangsung pada siang hari, dimana kelembapan

udara semakin tinggi dan membuat kandungan uap air juga semakin tinggi. Hasil

penelitian dapat dilihat pada Gambar 4.10 untuk penelitian semua variasi.

Gambar 4.10 Perubahan kandungan uap air (Δw) pada semua variasi

Besarnya nilai laju aliran massa udara tertinggi terjadi pada variasi 2 kipas

dengan 1 blower dan nilai laju aliran paling rendah terjadi pada variasi 1 blower.

Hal ini terjadi karena penggunaan tambahan peralatan yang banyak yang

membuat jumlah uap air yang diembunkan paling tinggi. Hal ini terjadi pada

variasi 2 kipas dengan 1 blower, sehingga membuat nilai laju aliran massa udara

menjadi yang tertinggi dibandingkan dengan variasi lainnya. Hasil penelitian

untuk laju aliran massa udara dapat dilihat pada Gambar 4.11.

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

2 kipas dan 1blower

1 kipas dan 1blower

1 blower

Δw

(kg

air/

kgu

dar

a)



1 blower


91

Gambar 4.11 Laju aliran massa udara ( udara) untuk semua variasi

Debit aliran udara yang menghasilkan nilai tertinggi terjadi pada variasi 2

kipas dan 1 blower kemudian diikuti oleh variasi 1 kipas dan 1 blower dan yang

terakhir yang paling rendah terjadi pada variasi 1 blower. Hal ini karena debit

aliran udara berpengaruh pada laju aliran massa udara terhadap massa udara itu

sendiri. Bisa dilihat sebelumnya nilai massa udara tertinggi terjadi pada variasi 2

kipas dengan 1 blower, oleh karena itu untuk nilai debit aliran udara yang

tertinggi juga terjadi pada variasi 2 kipas dan 1 blower. Hasil penelitian semua

variasi dapat dilihat pada Gambar 4.12

560.83

447.02

239.36

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00𝑚

ud

ara

(kg u

dar

a/j

am)



1 blower


92

Gambar 4.12 Debit aliran udara ( ) untuk semua variasi

Pada Gambar 4.13 dapat dilihat bahwa volume air yang tertinggi terjadi pada

variasi yang menggunakan peralatan tambahan 2 buah kipas dan 1 blower.

Peralatan tambahan yang dipergunakan untuk memasukkan udara yang melewati

ruang pemadatan berguna untuk menambah volume air yang dihasilkan. Kipas

pemadat berfungsi untuk menambah kelembapan spesifik udara dari lingkungan

ke evaporator. Hal ini terjadi karena semakin banyaknya udara yang dimasukkan

ke evaporator yang telah melewati ruang pemadatan, udara tersebut menjadi lebih

padat dan membuat kelembapan spesifik lebih besar sehingga membuat

meningkanya volume air yang dihasilkan.

467.36

372.51

199.47

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

500.00𝑣

(m

3/j

am)



1 blower


93

Gambar 4.13 Hasil volume air dari semua variasi penelitian

Dengan adanya peralatan tambahan seperti kipas dan blower yang

dipergunakan untuk memasukkan udara ke dalam mesin pemanen air dapat

membuat jumlah air yang akan dihasilkan lebih banyak. Hal ini dikarenakan kipas

pemadat membuat kelembapan spesifik meningkat dari lingkungan sekitar ke

evaporator yang akan membuat meningkatnya nilai kandungan uap air dalam

udara. Semakin banyaknya kipas yang digunakan makan kerja kompresor akan

semakin menurun. Namun jika kapasitas mesin sudah mencapai batasnya,

sebanyak apapun kipas yang ditambahkan tidak akan berpengaruh terhadap

penambahan jumlah air yang akan dihasilkan. Hal ini dikarenakan jika kipas yang

digunakan banyak maka jumlah udara yang akan melewati evaporator semakin

banyak dan akhirnya membuat udara hanya melewati evaporator tanpa terjadinya

pengembunan.


94

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh penulis dapat

disimpulkan sebagai berikut :

1. Mesin pemanen air dari udara sudah berhasil dirancang dan dirakit sesuai

dengan yang diinginkan yaitu mesin dapat bekerja dengan baik.

2. Karakteristik mesin siklus kompresi uap yang menghasilkan volume air

terbanyak (2,692 liter/jam) bila terdapat 2 kipas dan 1 blower, daya kompresor

sebesar 1 pk :

a. Nilai Win sebesar 40,1 kJ/kg.

b. Nilai Qin sebesar 103,8 kJ/kg.

c. Nilai Qout sebesar 143,9 kJ/kg.

d. Nilai COPaktual sebesar 2,589.

e. Nilai COPideal sebesar 4,269.

f. Nilai efisiensi yaitu sebesar 60,25 %.

3. Volume air tertinggi yang mampu dihasilkan mesin pemanen air dari udara

adalah 2,692 liter/jam yaitu pada variasi yang menggunakan peralatan

tambahan 2 buah kipas dengan 1 blower.


95

5.2. Saran

Adapun saran yang penulis sampaikan dari hasil penelitian yaitu sebagai

berikut :

1. Cara terbaik untuk memperoleh volume air terbanyak adalah dengan

menggunakan tambahan peralatan yang digunakan untuk memadatkan udara

seperti blower dan kipas dengan kapasitas yang lebih besar agar diperoleh

volume air yang lebih banyak.

2. Pada penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan komponen-komponen

siklus kompresi uap yang masih baru.

3. Ketika melakukan penelitian serupa, dalam melakukan proses pengambilan

data sebaiknya pengambilan data dilakukan dalam waktu yang konstan agar

suhu yang didapat sesuai dengan yang diinginkan.


96

DAFTAR PUSTAKA

Amt108. ”Komponen AC Split dan fungsinya”.

http://andriemultiteknik.com/2018/02/12/komponen-ac-split-dan-

fungsinya/ Diakses tanggal 12 Februari 2018.

Anwar, Khairil, Effendy. (2009). Efek Temperatur Pipa Kapiler terhadap Kinerja

Mesin Pendingin.

Khafidhin, Ali. ”Survival : Berbagai cara untuk memanen air dari udara”.

https://warstek.com/2018/01/27/survival/ Diakses tanggal 27 Januari 2018

Kusbandono, Wibowo dan Purwadi, P.K. (2016). Pengaruh Adanya Kipas yang

Mengalirkan Udara Melintasi Kondensor terhadap COP dan Efisiensi

Mesin Pendingin Showcase : Teknik Mesin – Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta. Yogyakarta.

Mastur, Setiyawan, Khanif dan Sugiantoro, Bambang. (2016). Pengarih Variasi

Beban, Waktu Pendinginan dan Temperatur Ruang terhadap Performa

Mesin Pendingin.

Prasetyo, Agus. (2018). Karakteristik Mesin Penangkap Air dari Udara yang

Menggunakan Komponen Mesin AC 1,5 PK. Skripsi pada Teknik Mesin

USD Yogyakarta : tidak diterbitkan.


http://andriemultiteknik.com/2018/02/12/komponen-ac-split-dan-fungsinya/

http://andriemultiteknik.com/2018/02/12/komponen-ac-split-dan-fungsinya/

https://warstek.com/2018/01/27/survival/

97

Poernomo, Haroe. (2015). Karakteristik Unjuk Kerja Sistem Pendingin (Air

Conditioning) Berdasarkan pada Variasi Putaran Kipas Pendingin

Kondensor.

Riswoko. (2018). Mesin Penangkap Air dari Udara Menggunakan Siklus

Kompresi Uap dengan Kecepatan Putar Kipas 400 RPM dan 450 RPM.

Skripsi pada Teknik Mesin USD Yogyakarta : tidak diterbitkan.

”TABEL PROPERTIES”. http://www.uigi.com

Diakses tanggal 03 Mei 2017.


http://www.uigi.com/UIGI_SI.PDF

98

LAMPIRAN

1. P-h diagram pada variasi 2 kipas dan 1 blower

2. P-h diagram pada variasi 1 kipas dan 1 blower


99

3. P-h diagram pada variasi 1 blower

4. Psychrometric Chart pada variasi 2 kipas dan 1 blower


100

5. Psychrometric Chart pada variasi 1 kipas dan 1 blower

6. Psychrometric Chart pada variasi 1 blower


PENGARUH ADANYA BLOWER DAN KIPAS TERHADAP …repository.usd.ac.id/33215/2/155214114_full.pdf ·...

Documents

Transcript of PENGARUH ADANYA BLOWER DAN KIPAS TERHADAP …repository.usd.ac.id/33215/2/155214114_full.pdf ·...