PENGARUH KECEPATAN ALIRAN UDARA TERHADAP …repository.usd.ac.id/33085/2/155214077_full.pdf ·...

PENGARUH KECEPATAN ALIRAN UDARA

TERHADAP KARAKTERISTIK MESIN PENGHASIL AIR

DARI UDARA

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

NATANAEL SIMAMORA

NIM : 155214077

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE INFLUENCE OF AIR FLOW VELOCITY TO THE

CHARACTERISTICS OF WATER-GENERATING MACHINE

FROM THE AIR

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

by :

NATANAEL SIMAMORA

Student Number : 155214077

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


iii


iv


v


vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO

Sukses tak mengenal latar belakang dan usia, tetapi sukses terjadi ketika

kemauan, persiapan dan kesempatan bertemu

pada waktu yang tepat.


vii


viii

ABSTRAK

Berkurangnya air bersih dibeberapa kota di Indonesia kini dapat diatasi

dengan mesin penghasil air dari udara. Mesin ini bekerja dengan menggunakan

siklus kompresi uap. Tujuan dari penelitian ini adalah: (a) merancang dan merakit

mesin penghasil air dari udara, (b) mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi

uap yang menghasilkan volume air terbanyak, yang meliputi: (1) besarnya nilai Win,

(2) besarnya nilai Qout, (3) besarnya nilai Qin, (4) besarnya nilai COPaktual, COPideal

dan Efisiensi, (c) mengetahui banyaknya air yang dihasilkan oleh mesin penghasil

air dari udara.

Penelitian ini dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Teknik Mesin

Universitas Sanata Dhama. Mesin ini bekerja dengan menggunakan refrigeran

R410 dan menggunakan siklus kompresi uap pada sistem terbuka. Komponen

utama dari mesin ini adalah kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator

dan satu kipas tambahan yang digunakan untuk memadatkan udara. Kompresor

yang digunakan adalah kompresor jenis rotari dengan daya sebesar ¾ PK. Variasi

pada penelitian ini adalah kecepatan aliran udara sebelum memasuki evaporator.

Dari hasil penelitian diperoleh : (a) mesin penghasil air dari udara dapat

bekerja dengan baik, (b) nilai karakteristik mesin siklus kompresi uap adalah

sebagai berikut: (1) besarnya nilai Win adalah 45,9 kJ/kg, (2) besarnya nilai Qout

adalah 146,7 kJ/kg, (3) besarnya nilai Qin adalah 100,8 kJ/kg, (4) besarnya nilai

COPaktual adalah 2,196, besarnya nilai COPideal adalah 4,946, besarnya nilai Efisiensi

adalah 44,41%, (c) banyaknya air yang dihasilkan adalah 1,948 L/jam

Kata kunci: Mesin penghasil air dari udara, siklus kompresi uap, kelembapan

udara,p-h diagram, psychrometric chart, air-flow.


ix

ABSTRACT

The reduction of clean water in several cities in Indonesia now can be handled

used water generating machine from the air. This machine works by using a vapor

compression cycle. The purpose of this research are: (a) to design and assemble

water generating machine from the air, (b) to know the characteristics of the vapor

compression cycle machine that produces the most volume of water, which

includes: (1) the value of Win, (2) the value of Qout, (3) the value of Qin, (4) the value

of COPactual, COPideal and efficiency, (c) knowing the amount of water produced

used water generated machine from the air.

This research was carried out experimentally at the Mechanical Engineering

Laboratory of Sanata Dharma University. This machine works by using R-410

refrigerant and uses a vapor compression cycle in an open system. The main

components of this machine are compressor, condenser, filter, capillary pipe,

evaporator. This machine uses an additional fan that is used to compress the air

before across the evaporator. This compressor uses a rotary type compressor with a

power of ¾ PK. The variation in this research is the compressed air flow velocity

before across evaporator.

The results of this research are: (a) water generated machine from the air can

work well, (b) the characteristic of the vapor compression cycle are : (1) the value

of Win is 45,9 kJ/kg, (2) the value of Qout is 146,7 kJ/kg, (3) the value of Qin is 100,8

kJ/kg, (4) the value of COPaktual is 2,196, the value of COPideal is 4,946, the

efficiency value is 44,41%, (c) the amount of water produced is 1,948 L / hour.

Keywords: Water generated machine from the air, vapor compression cycle,

relative humidity, p-h diagram, psychrometric chart, air-flow.


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas kasih

karunia dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan

lancar dan tepat waktu.

Skripsi adalah salah satu syarat bagi mahasiswa untuk meraih gelar Sarjana

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

Sanata Dharma. Skripsi ini membahas tentang pengaruh kecepatan aliran udara

terhadap karakteristik mesin penghasil air dari udara.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini melibatkan banyak

pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih 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. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma dan sekaligus

sebagai Dosen Pembimbing Akademik.

4. Kedua orang tua, Robet Simamora dan Yohana Sumini yang selalu memberi

semangat, motivasi, doa dan dukungan baik berupa materi dan spiritual.

5. Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma, Yogyakarta atas semua ilmu yang telah diberikan kepada

penulis selama perkuliahan.

6. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, yang telah membantu penulis selama perkuliahan hingga selesainya

penulisan skripsi ini.

7. Clinton Lumban Gaol sebagai teman seperjuangan dalam membuat skripsi.

8. Seluruh teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, Angkatan


xi


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

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

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

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

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

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xxii

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

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

1.2. Rumusan Masalah ....................................................................................... 2

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

1.4. Batasan-Batasan dalam Pembuatan Mesin .................................................. 3


xiii

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

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

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

2.1.1. Metode-Metode Menghasilkan 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 ................................... 12

2.1.2.3. Proses-Proses yang Terjadi pada Mesin Penghasil Air

dari Udara ..................................................................................... 18

2.1.2.4. Proses Kerja Mesin Penghasil Air dari Udara pada

Psychrometric Chart .................................................................... 20

2.1.2.5. Proses-Proses Perhitungan pada Psychrometric Chart ............... 21

2.1.3. Siklus Kompresi Uap pada Mesin Penghasil Air dari Udara .............. 23

2.1.3.1. Siklus Kompresi Uap .................................................................. 23

2.1.3.1.1. Skematik Rangkaian Komponen Mesin Siklus Kompresi

Uap ....................................................................................... 24

2.1.3.1.2. Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h dan Diagram

T-s ....................................................................................... 25


xiv

2.1.3.2. Komponen Siklus Kompresi Uap ................................................ 28

2.1.3.2.1. Komponen Utama ................................................................ 29

2.1.3.2.2. Komponen Pendukung ........................................................ 32

2.1.3.3. Perhitungan-Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap ................. 34

2.1.3.3.1. Kerja Kompresor (Win) ........................................................ 34

2.1.3.3.2. Besarnya Energi Kalor yang Dilepas Kondensor (Qout) ...... 34

2.1.3.3.3. Besarnya Energi Kalor yang Diserap Evaporator (Qin) ....... 35

2.1.3.3.4. COPaktual dan COPideal .......................................................... 35

2.1.3.3.5. Efisiensi Mesin Siklus Kompresi Uap ................................. 36

2.2 Tinjauan Pustaka ....................................................................................... 37

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 40

3.1. Objek Penelitian ....................................................................................... 40

3.2. Variasi Penelitian ..................................................................................... 41

3.3. Alat dan Bahan Pembuatan Mesin Penghasil Air dari Udara .................. 41

3.3.1. Alat ...................................................................................................... 41

3.3.2. Bahan .................................................................................................. 45

3.3.3. Alat Bantu Penelitian .......................................................................... 51

3.4. Tata Cara Penelitian ................................................................................. 54


xv

3.4.1. Alur Pelaksanaan Penelitian ............................................................... 54

3.4.2. Pembuatan Mesin Penghasil Air dari Udara ....................................... 55

3.4.3. Proses Pengisian Refrigeran ............................................................... 56

3.4.4. Skematik Pengambilan Data ............................................................... 57

3.4.5. Cara Pengambilan Data ....................................................................... 59

3.5. Cara Menganalisi dan Menampilkan Hasil Data Penelitian ..................... 61

3.6. Cara Mendapatkan Kesimpulan ............................................................... 62

BAB IV HASIL, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................ 63

4.1. Hasil Penelitian ......................................................................................... 63

4.2. Perhitungan ............................................................................................... 65

4.2.1. Analisis Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h .............................. 65

4.2.1.1. Perhitungan pada Diagram P-h ................................................... 67

4.2.2. Data pada Psychrometric Chart .......................................................... 72

4.2.2.1. Perhitungan pada Psychrometric Chart ...................................... 74

4.3. Pembahasan .............................................................................................. 77

4.3.1. Pengaruh Kecepatan Aliran Udara terhadap Kinerja Mesin Siklus

Kompresi Uap .................................................................................... 78

4.3.2. Pengaruh Kecepatan Aliran Udara yang Dipadatkan terhadap


xvi

Kondisi Udara dan Jumlah Air yang Dihasilkan ............................... 83

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 88

5.1. Kesimpulan ............................................................................................... 88

5.2. Saran ......................................................................................................... 88

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 90

LAMPIRAN ......................................................................................................... 94


xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jaring penangkap air dari kabut ....................................................... 7

Gambar 2.2 AWG ................................................................................................. 8

Gambar 2.3 Psychrometic Chart ........................................................................ 10

Gambar 2.4 Proses cooling and dehumidifying ................................................. 13

Gambar 2.5 Proses heating ................................................................................ 14

Gambar 2.6 Proses cooling and humidifying .................................................... 14

Gambar 2.7 Proses cooling ................................................................................ 15

Gambar 2.8 Proses humidifying ......................................................................... 16

Gambar 2.9 Proses dehumidifying ..................................................................... 16

Gambar 2.10 Proses heating and dehumidifying .......................................................... 17

Gambar 2.11 Proses heating and humidifying .............................................................. 18

Gambar 2.12 Siklus udara pada mesin penghasil air dari udara ............................ 19

Gambar 2.13 Proses udara yang terjadi di dalam mesin penghasil air dari

udara pada psychrometric chart ...................................................... 20

Gambar 2.14 Prinsip kerja mesin siklus kompresi uap ........................................ 24

Gambar 2.15 Skematik rangkaian komponen mesin siklus kompresi uap ........... 24

Gambar 2.16 Siklus kompresi uap pada diagram p-h .......................................... 25


xviii

Gambar 2.17 Siklus kompresi uap pada diagram t-s ............................................ 26

Gambar 2.18 Kompresor rotari ............................................................................ 30

Gambar 2.19 Kondensor ...................................................................................... 31

Gambar 2.20 Pipa kapiler ..................................................................................... 31

Gambar 2.21 Evaporator ...................................................................................... 32

Gambar 2.22 Filter ............................................................................................... 33

Gambar 2.23 Kipas inlet ...................................................................................... 33

Gambar 2.24 Kipas outlet .................................................................................... 34

Gambar 3.1 Objek penelitian berupa mesin penghasil air dari udara ................ 40

Gambar 3.2 Gergaji kayu ................................................................................... 42

Gambar 3.3 Palu ................................................................................................. 42

Gambar 3.4 Meteran ........................................................................................... 43

Gambar 3.5 Obeng ............................................................................................. 43

Gambar 3.6 Pisau cutter ..................................................................................... 43

Gambar 3.7 Tube cutter ...................................................................................... 44

Gambar 3.8 Gas hi-cook .................................................................................... 44

Gambar 3.9 Triplek ............................................................................................ 45

Gambar 3.10 Styrofoam ....................................................................................... 45


xix

Gambar 3.11 Paku .............................................................................................. 46

Gambar 3.12 Engsel ............................................................................................. 46

Gambar 3.13 Baut ................................................................................................ 46

Gambar 3.14 Lakban ............................................................................................ 47

Gambar 3.15 Kompresor rotari ............................................................................ 47

Gambar 3.16 Kondensor ...................................................................................... 48

Gambar 3.17 Pipa Kapiler .................................................................................... 49

Gambar 3.18 Evaporator ...................................................................................... 49

Gambar 3.19 Filter ............................................................................................... 50

Gambar 3.20 Refrigeran R-410A ......................................................................... 50

Gambar 3.21 Kipas inlet ...................................................................................... 51

Gambar 3.22 Kipas outlet .................................................................................... 51

Gambar 3.23 Hygrometer ..................................................................................... 52

Gambar 3.24 Anemometer ................................................................................... 52

Gambar 3.25 Termokopel .................................................................................... 53

Gambar 3.26 Gelas ukur ...................................................................................... 53

Gambar 3.27 Stopwatch ....................................................................................... 53

Gambar 3.28 Clamp meter ................................................................................... 54


xx

Gambar 3.29 Diagram alir penelitian ................................................................... 55

Gambar 3.30 Skematik pengambilan data ........................................................... 58

Gambar 4.1 Diagram p-h berdasarkan data kecepatan aliran udara 4,7 m/s ...... 66

Gambar 4.2 Siklus udara pada psychrometric chart .......................................... 73

Gambar 4.3 Energi kalor yang diserap evaporator (Qin) pada semua

variasi penelitian ............................................................................ 79

Gambar 4.4 Energi kalor yang dilepaskan kondensor (Qout) pada semua

variasi penelitian ............................................................................ 79

Gambar 4.5 Kerja kompresor (Win) pada semua variasi penelitian ................... 80

Gambar 4.6 COPideal pada semua variasi penelitian ............................................ 81

Gambar 4.7 COPaktual pada semua variasi penelitian .......................................... 81

Gambar 4.8 Efisiensi (η) kerja mesin siklus kompresi uap ................................ 82

Gambar 4.9 Laju aliran massa air ( ��𝑎𝑖𝑟) pada semua variasi penelitian ........ 83

Gambar 4.10 Pertambahan kelembaban spesifik pada semua variasi

Penelitian ....................................................................................... 84

Gambar 4.11 Laju aliran massa udara (��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎) pada semua variasi

Penelitian ....................................................................................... 85

Gambar 4.12 Debit aliran udara �� pada semua variasi penelitian ....................... 86


xxi

Gambar 4.13 Jumlah air yang dihasilkan pada ketiga variasi penelitian ............. 87


xxii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Tabel pengambilan data ..................................................................... 61

Tabel 4.1 Data hasil penelitian dengan kecepatan aliran udara 4,7 m/s ............. 64

Tabel 4.2 Data hasil penelitian dengan kecepatan aliran udara 5,8 m/s ............ 64

Tabel 4.3 Data hasil penelitian dengan kecepatan aliran udara 6,7 m/s ............ 65

Tabel 4.4 Nilai tekanan dan entalpi untuk semua variasi ................................... 67

Tabel 4.5 Hasil perhitungan nilai Qin untuk semua variasi ................................ 68

Tabel 4.6 Hasil perhitungan nilai Qout untuk semua variasi ................................ 68

Tabel 4.7 Hasil perhitungan nilai Win untuk semua variasi ................................ 69

Tabel 4.8 Hasil perhitungan nilai COPaktual ........................................................ 70

Tabel 4.9 Hasil perhitungan nilai COPideal .............................................................. 71

Tabel 4.10 Hasil perhitungan nilai (η) .......................................................................... 72

Tabel 4.11 Data psychrometric chart pada variasi kecepatan aliran udara

4,7 m/s ........................................................................................................ 74


5,8 m/s ................................................................................................. 74


6,7 m/s .................................................................................................. 74


xxiii

Tabel 4.14 Hasil perhitungan ( mair) ................................................................... 75

Tabel 4.15 Hasil perhitungan (∆w) ....................................................................... 76

Tabel 4.16 Hasil perhitungan( mudara) ............................................................... 77

Tabel 4.17 Hasil perhitungan (v) ......................................................................... 77


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Salah satu negara dengan jumlah penduduk terbanyak di dunia adalah

Indonesia. Indonesia menempati posisi ke empat di bawah Tiongkok, India dan

Amerika Serikat. Indonesia juga merupakan salah satu negara berkembang yang

terletak di bagian Asia Tenggara dan sedang gencar-gencarnya melakukan

pembangunan, baik itu di bidang pendidikan, infrastruktur, manufaktur dan lain-

lain. Pembangunan ini dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan kesejahteraan

rakyat Indonesia dan membangun Indonesia menjadi sebuah negara yang

berkualitas baik dari segi sumber daya alam (SDA) maupun dari segi sumber daya

manusia (SDM).

Pembangunan yang terus dilakukan terutama di kota-kota besar di Indonesia

tentu memberikan dampak positif dan negatif. Semakin banyaknya pendirian

bangunan, berdampak pada berkurangnya jumlah air yang mengalir melalui bawah

tanah. Kondisi ini diperburuk oleh pengambilan air melalui sumur-sumur yang

lebih dalam karena persaingan untuk mendapatkan sumber air (Whitten,

Soeriaatmadja, & Afiff, 1999). Persaingan ini terjadi karena air bersih adalah salah

satu sumber daya alam yang sangat penting bagi makhluk hidup, dan manusia

termasuk di dalamnya. Manusia tidak dapat bertahan hidup tanpa adanya air. Ini

yang menyebabkan air menjadi salah satu hal yang harus diperhatikan. Air bersih

pada umumnya kita dapatkan dari sungai dan dari dalam tanah melalui sumur.


2

Namun permasalahan yang timbul adalah semakin berkurangnya air tanah sebagai

akibat dari meningkatnya pembangunan di daerah perkotaan dan tercemarnya air

sungai. Banyak faktor yang menjadi penyebab pencemaran air, namun limbah

domestik atau rumah tangga seperti kotoran manusia, limbah cucian piring dan

baju, kotoran hewan, dan pupuk dari perkebunan dan peternakan terindikasi

sebagai sumber utama pencemaran (Whitten, Soeriaatmadja, & Afiff, 1999).

Berdasarkan kenyataan bahwa ketersediaan sumber air bersih di Indonesia

tidak berbanding lurus dengan perkembangan jumlah penduduk di Indonesia,

penulis tertarik untuk melakukan sebuah penelitian dengan merakit dan merancang

sebuah mesin yang dapat menghasilkan air dari udara. Mesin ini berkerja dengan

menggunakan siklus kompresi uap dan dapat bekerja sepanjang hari. Penelitian ini

dilakukan karena pada dasarnya udara di lingkungan sekitar mengandung uap air

yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari-hari. Uap air inilah yang nantinya

akan diambil dengan menggunakan mesin penghasil air dari udara. Penelitian ini

dilakukan dengan harapan dapat membantu masyarakat untuk menghasilkan air

bersih.

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah adalah sebagai berikut :

a. Bagaimana cara merancang sebuah mesin yang dapat menghasilkan air dari

udara?

b. Bagaimanakah karakteristik mesin penghasil air dari udara tersebut?

c. Berapa banyak air yang dihasilkan oleh mesin penghasil air dari udara


3

tersebut?

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

a. Merancang dan merakit mesin penghasil air dari udara

b. Mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang menghasilkan

vulume air terbanyak, yaitu meliputi :

1. Besarnya energi yang digunakan untuk menggerakkan kompresor per

satuan massa refrigeran (Win)

2. Besarnya energi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran

(Qout)

3. Besarnya energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran

(Qin)

4. Nilai COPaktual, COPideal, dan Efisiensi

c. Mengetahui volume air yang dihasilkan oleh mesin penghasil air per jamnya.

1.4. Batasan-Batasan dalam Pembuatan Mesin

Batasan-batasan yang diambil dalam pembuatan mesin penghasil air dari

udara adalah :

a. Mesin penghasil air dari udara menggunakan mesin yang bekerja dengan siklus

kompresi uap.


4

b. Mesin siklus kompresi uap memiliki komponen utama :

1. Kompresor dengan daya ¾ PK kondisi baru

2. Kondensor dengan jenis pipa bersirip kondisi baru

3. Pipa kapiler berdiameter 0,028 inci atau 0,71 mm.

4. Evaporator pipa bersirip kondisi baru

c. Ukuran komponen utama yang lain, ukurannya menyesuaikan besarnya daya

kompresor.

d. Refrigeran yang digunakan pada siklus kompresi uap adalah R-410A.

e. Menggunakan satu buah kipas tambahan yang berfungsi untuk memadatkan

udara lingkungan.

f. Menggunakan tiga variasi kecepatan aliran udara sebelum memasuki

evaporator, yaitu :

1. Kecepatan aliran udara 4,7 m/s



1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penghasil air dari udara


5

dengan menggunakan siklus kompresi uap.

b. Dihasilkannya teknologi tepat guna berupa mesin penghasil air dari udara.

c. Hasil penelitian dapat ditempatkan di Perpustakaan atau dipublikasikan pada

khalayak ramai.

d. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi para peneliti lain

yang sejenis.


6

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

2.1.1. Metode-Metode Menghasilkan Air dari Udara

Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, peralatan untuk

menghasilkan air dari udara pun berkembang dengan pesat, diantaranya adalah

dengan cara : (a) mempergunakan jaring pengubah kabut menjadi air minum

(Cloudfisher), (b) mempergunakan atmospheric water generator (AWG), (c)

mempergunakan mesin yang bekerja dengan siklus kompresi uap.

a. Jaring penangkap air dari kabut (Cloudfisher)

Merupakan sebuah alat yang digunakan untuk menangkap air dari kabut

dengan mempergunakan bantuan jaring besar. Jaring yang digunakan terbuat dari

plastik dan dianyam sehingga memiliki lubang yang kecil. Alat ini dikembangkan

oleh Ir. Peter Trautwein dari German Water Foundation. Alat ini meniru jaring

laba-laba untuk mengumpulkan tetesan air dari kabut pada malam hari sampai

sebelum matahari terbit. Hal ini terjadi karena pada malam hari benda-benda di

permukaan bumi termasuk jaring-jaring ini melepaskan kalor (panas) dan lama

kelamaan udara di sekitar benda-benda ini akan menjadi dingin. Udara yang lebih

dingin tidak dapat menahan uap air sebanyak udara yang lebih hangat. Oleh karena

itu, ketika kondisi udara di sekitar jaring-jaring menjadi dingin (berada di bawah

titik embun) dan jaring-jaring juga dalam kondisi dingin maka kabut tersebut akan

menempel pada jaring-jaring dan akan terjadi proses kondensasi. Butiran-butiran

air yang dihasilkan dari proses kondensasi ini akan dialirkan ke tempat yang telah


7

disediakan. Alat ini akan menghasilkan jumlah air yang banyak pada malam hari

yang cerah dan tenang. Apabila angin bertiup dengan kencang, maka udara tidak

cukup waktu untuk bersentuhan dengan jaring-jaring tersebut, sehingga

memerlukan waktu yang lebih lama untuk dapat mencapai titik embun. Alat ini

diuji selama dua tahun di Gunung Boutmezguida, Maroko yang merupakan salah

satu daerah yang paling kering di Maroko. Alat ini dapat menghasilkan air

sebanyak 4 liter hingga 14 liter air per meter persegi jaring.

Gambar 2.1 Jaring penangkap air dari kabut

(Sumber:https://properti.kompas.com/read/2017/02/10/085453521/jaring.ini.mam

pu.ubah.kabut.jadi.air.minum)

b. Atmospheric Water Generator (AWG)

AWG adalah alat yang dapat menghasilkan air yang berasal dari udara sekitar.

Alat ini dapat mengasilkan air yang cukup walaupun dengan kondisi kelembapan

udara yang rendah. Prinsip kerja dari alat ini adalah : (1) udara lembap masuk ke

sistem AWG, (2) udara lembab tersabut melewati food grade coil dan terjadilah

proses kondensasi atau pengembunan menurut titik embun udara tersebut yang

akan menghasilkan air dari udara. Suhu titik embun harus selalu dipertahankan agar

alat ini dapat terus menghasilkan air, (3) air yang dikumpulkan dimurnikan melalui

berbagai proses pemurnian, (4) air memasuki tangki penampungan untuk tahap


8

pemurnian berikutnya untuk memastikan tidak adanya bakteri dan partikel-partikel

yang terbawa oleh udara, (5) air siap untuk disalurkan atau dikonsumsi. Gambar

2.2 menyajikan gambar AWG.

Gambar 2.2 AWG

(Sumber : http://www.airowater.com/technology)

c. Mesin penghasil air dari udara dengan mengunakan siklus kompresi uap.

Mesin penghasil air dari udara ini berkerja dengan menggunakan siklus

kompresi uap. Komponen-komponen yang digunakan meliputi : (a) kompresor

(compressor), berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigeran, sehingga refrigeran

dapat bersirkulasi pada sistem siklus kompresi uap, (b) kondensor (condenser),

berfungsi untuk membuang kalor dari refrigeran ke fluida sekitar kondensor dan

mengubah refrigeran dari gas menjadi cair, atau melakukan proses kondensasi, (c)

filter, berfungsi untuk menyaring kotoran-kotoran yang terbawa oleh aliran

refrigeran, (d) pipa kapiler, berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran

sehingga refrigeran berubah dari bentuk cair menjadi campuran cair dan gas, (e)

evaporator berfungsi untuk menyerap kalor dari udara melalui sirip-sirip pendingin

evaporator sehingga udara tersebut menjadi dingin dan uap air yang ada di udara


9

menjadi mengembun. Prinsip kerja mesin penghasil air dari udara adalah sebagai

berikut : (1) penghisapan udara, udara dari luar ruangan dihisap oleh kipas menuju

evaporator, kemudian udara tersebut bersentuhan dengan permukaan-permukaan

luar pipa evaporator yang di dalamnya terdapat cairan refrigeran (R-410A).

Refrigeran inilah yang berfungsi untuk menyerap kalor yang ada di dalam udara

sehingga udara menjadi dingin dan uap air yang ada di dalam udara menjadi

mengembun, (2) terjadi proses kompresi yang dilakukan kompresor. Proses ini

merupakan proses menaikkan tekanan refrigeran dan berlangsung secara iso-

entropi (proses berlangsung pada entropi (s) yang konstan), kemudian proses

desuperheating, yaitu proses penurunan suhu pada tekanan yang tetap. Proses ini

terjadi ketika refrigeran mulai keluar dari kompresor, kemudian proses kondensasi,

yaitu proses pengembunan refrigeran atau pelepasan kalor dari refrigeran ke

lingkungan di sekitar kondensor. Proses ini berlangsung pada suhu dan tekanan

yang konstan, selanjutnya proses subcooling atau pendinginan lanjut, yaitu

pelepasan kalor dari refrigeran ke lingkungan sekitar agar suhu refrigeran keluar

dari kondensor menjadi lebih rendah, selanjutnya proses throttling, yaitu proses

penurunan tekanan secara drastis yang terjadi pada pipa kapiler dan berlangsung

pada entalpi yang kontan, selanjutnya proses evaporasi atau penguapan, yaitu

perubahan fase refrigeran dari campuran (gas dan cari) menuju fas gas jenuh. Pada

proses ini terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke dalam evaporator,

selanjutnya proses superheating, yaitu proses pemanasan lanjut dan

mengakibatkan kenaikan pada suhu refrigeran. Semua proses ini terjadi secara

terus menerus.


10

2.1.2. Psychrometric Chart

Psychrometric chart adalah grafik yang dapat memberikan informasi sifat-

sifat campuran udara dengan uap air, dan ini mempunyai arti yang sangat penting

dalam menentukan properti-properti udara pada keadaan tertentu. Untuk

mengetahui nilai properti udara seperti entalpi (h), kelembapan relatif (RH),

spesifik volume (SpV), kelembapan spesifik (W), suhu udara basah (Twb), suhu

udara kering (Tdb), dan suhu titik embun (Tdp) pada keadaan tertentu dapat

diperoleh apabila minimal dua properti 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 2.3 menyajikan salah satu contoh gambar dari psychrometric chart.

Gambar 2.3 Psychrometric chart

(sumber : http://www.handsdownsofware.com/zamil-chart.pdf)


11

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 humidity (W), (e) volume spesific (SpV), (f) relative humidity

(RH).

a. Dry-bulb temperature (Tdb)

Dry-bulb temperature adalah suhu udara yang diperoleh melalui pengukuran

dengan mempergunakan termometer dengan kondisi bulb termometer dalam

keadaan kering (bulb termometer tidak dibasahi dengan air)

b. Wet-bulb temperature (Twb)

Wet-bulb temperature adalah suhu udara yang diperoleh melalui pengukuran

dengan menggunakan termometer dengan kondisi bulb termometer dalam keadaan

basah (bulb termometer dibasahi dengan air).

c. Dew-point temperature (Tdp)

Dew-point temperature adalah suhu dimana udara tidak dapat menerima uap

air lagi karena sudah jenuh atau dapat diartikan 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 perbandingan massa kandungan uap air di dalam

setiap satu kilogram massa udara kering yang ada di atmosfer (kg air/kg udara kering).

e. Volume specific (SpV)

Volume specific adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik


12

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. Semakin besar nilai RH, maka semakin kecil kemampuan udara tersebut

untuk menyerap uap air.

g. Entalpi (h)

Merupakan istilah dalam termodinamika yang menyatakan besarnya energi

yang dimiliki benda atau material yang nilainya tergantung dari suhu dan

tekanannya.

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)

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. Pada proses pendinginan dan penurunan

kelembapan terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah,


13

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

dan penurunan kelembapan spesifik. Sedangkan kelembapan relatif dapat

mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari

prosesnya. Gambar 2.4 menyajikan proses pendinginan dan penurunan

kelembapan pada psychrometric chart.

Gambar 2.4 Proses cooling and dehumidifying

b. Proses pemanasan (heating)

Proses pemanasan adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara. Pada

proses pemanasan, terjadi peningkatan: temperatur bola kering, temperatur bola

basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan

kelembapan spesifik tetap konstan. Namun kelembapan relatif mengalami

penurunan. Gambar 2.5 menyajikan proses heating pada psychrometric chart.

Twb1

Tdb2 Tdb1

Twb2 w1

w2


14

Gambar 2.5 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. Proses ini menyebabkan

perubahan suhu temperatur bola kering, kelembapan udara, temperatur bola basah,

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

dan volume spesifik. Temperatur bola basah bisa naik, turun atau tetap tergantung

prosesnya. Titik embun, kelembapan relatif, dan kelembapan spesifik mengalami

peningkatan. Gambar 2.6 menyajikan proses pendinginan dan penaikkan

kelembapan.

Gambar 2.6 Proses cooling and humidifying

Twb

Tdb2 Tdb1

Twb2

w

Twb1

Tdb2 Tdb1

Twb2 w1

w2


15

d. Proses pendinginan (cooling)

Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara

sehingga udara mengalami penurunan. 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, prosesnya disajikan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Proses cooling

e. Proses penaikkan kelembapan (humidifying)

Proses penaikkan kelembapan merupakan penambahan kandungan uap air ke

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

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

chart adalah garis vertikal ke arah atas. Prosesnya digambarkan pada Gambar 2.8.

Twb1

Tdb2 Tdb1

Twb2

w


16

Gambar 2.8 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 vertikal ke arah bawah yang prosesnya

digambarkan pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Proses dehumidifying

Twb1

Tdb

Twb2

w1

w2

Twb1

Tdb

Twb2 w1

w2


17

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

Proses pemanasan dan penurunan kelembapan berfungsi untuk menaikkan

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

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

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

psychrometric chart adalah ke arah kanan bawah yang prosesnya digambarkan

pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 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, yang

prosesnya digambarkan pada Gambar 2.11.

Twb1

Tdb2 Tdb1

Twb2 w1

w2


18

Gambar 2.11 Proses heating and humidifying

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

Pada Gambar 2.12 memperlihatkan aliran udara yang terjadi di dalam mesin

penghasil air dari udara. Proses pertama yang dialami oleh udara adalah proses

pemadatan udara, pemadatan udara berfungsi untuk menambah tingkat

kelembapan spesifik sehingga kadar air di dalam udara menjadi bertambah. Proses

pemadatan udara ini dilakukan oleh kipas agar udara dapat memasuki lorong udara

yang menyempit. Kemudian proses dilanjutkan dengan melewatkan udara melalui

evaporator sehingga udara mengalami proses pendinginan dan 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 diembunkan menjadi air yang menetes

dan ditampung pada tempat penampungan air. Proses yang terakhir adalah proses

pemanasan. Pada proses ini terjadi peningkatan suhu udara, hal ini terjadi karena

udara dilewatkan kondensor dimana suhu pada kondensor sangat tinggi. Sehingga

Twb1

Tdb2 Tdb1

Twb2

w1

w2


19

udara yang melewati kondensor akan meningkat suhunya, setelah udara melewati

kompresor dan kondensor, udara dibuang ke lingkungan. Tujuan udara dilewatkan

kondensor adalah untuk mendinginkan kondensor.

Pada Gambar 2.12 : A adalah udara masuk ke dalam mesin penghasil air, B

adalah udara yang telah mengalami proses pemadatan, sebelum memasuki

evaporator, C adalah udara saat melawati evaporator, D adalah udara saat keluar

dari evaporator, dan E adalah udara keluar dari mesin penghasil air, setelah

melakukan proses pendinginan kondensor dan kompresor.

Gambar 2.12 Siklus udara pada mesin penghasil air dari udara

(4)

(5)

(1)

(3)

(2)

(6)

(7)

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)


20

Keterangan Gambar 2.12

1. Evaporator

2. Kompresor

3. Kondensor

4. Filter

5. Pipa kapiler

6. Kipas outlet

7. Kipas inlet

2.1.2.4. Proses Kerja Mesin Penghasil Air dari Udara pada Psychrometric

Chart

Kerja mesin penghasil air dari udara pada psychrometric chart disajikan

dalam Gambar 2.13. Berikut adalah kerja mesin penghasil air dari udara pada

psychrometric chart : (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).

Gambar 2.13 Proses udara yang terjadi di dalam mesin penghasil air dari udara

pada psychrometric chart

D

B C

A

E

wA

wB

Tadp

Tevap Tkond

Tdb


21

Keterangan Gambar 2.13 :

a. A-B

Proses dari A ke B adalah proses pemanasan dan peningkatan kelembapan

spesifik udara. Pada proses ini dibantu oleh kipas yang berfungsi untuk

memadatkan udara. Proses pemadatan udara ini menyebabkan kenaikkan

kelembapan spesifik dan suhu udara kering. Dengan meningkatnya nilai

kelembapan spesifik diharapkan dapat menambah jumlah air yang akan dihasilkan.

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 (Tadp).

c. C-D

Proses dari C ke D adalah proses pendinginan dan pengembunan uap air yang

ada di udara yang dilakukan oleh evaporator. Proses berlangsung pada kelembapan

udara 100%. Nilai kelembapan spesifik menjadi menurun. Hal ini dikarenakan

sebagian uap air telah mengalami proses pengembunan, ketika udara didinginkan.

d. D-E

Proses dari D ke E adalah proses pemanasan yang dilakukan oleh kompresor

dan kondensor. Pada proses ini udara dilewatkan melalui kompresor dan

kondensor. Tujuanya adalah untuk mempercepat terjadinya proses perpindahan

kalor dari kondensor ke lingkungan agar suhu kerja kondensor tidak terlalu tinggi

(proses untuk mendinginkan kondensor).

2.1.2.5. Proses-Proses Perhitungan pada Psychrometric Chart


22

Dari data yang diperoleh di dalam penelitian dan dengan mempergunakan

psychrometric chart dapat dihitung : (a) Laju aliran massa air yang diembunkan,

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

massa udara, (d) Debit aliran udara.

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

Laju aliran massa air yang diembunkan dapat dihitung menggunakan

Persamaan (2.1).

��𝑎𝑖𝑟 =𝑚𝑎𝑖𝑟

𝛥𝑡 …(2.1)

Pada Persamaan (2.1) :

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

m air : Jumlah air yang dihasilkan (kg)

∆t : Selang waktu yang digunakan (jam)

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

Besarnya kandungan uap air persatuan massa udara dapat dihitung dengan

Persamaan (2.2).

∆𝑤 = 𝑤𝐴 − 𝑤𝐵 …(2.2)


∆w : Pertambahan kandungan 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)


23

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

��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 =��𝑎𝑖𝑟

𝑊𝐴−𝑊𝐵 …(2.3)


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 (kgair/jam)

d. Debit aliran udara (��)

Debit aliran udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.4)

�� = ��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 …(2.4)


�� : Debit aliran udara (m3 / jam)

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

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

2.1.3. Siklus Kompresi Uap pada Mesin Penghasil Air dari Udara

2.1.3.1. Siklus Kompresi Uap

Mesin siklus kompresi uap terdiri dari 4 komponen utama, yaitu : kompresor,

kondensor, pipa kapiler, evaporator. Fluida kerja dari siklus kompresi uap adalah

refrigeran. Fungsi dari mesin yang bekerja dengan siklus kompresi uap adalah

mengambil kalor dari lingkungan yang bersuhu rendah (Qin) dan membuangnya ke


24

lingkungan yang bersuhu tinggi (Qout). Untuk melakukan proses tersebut

diperlukan kerja (Win). Gambar 2.14 menyajikan prinsip kerja dari mesin siklus

kompresi uap.

Gambar 2.14 Prinsip kerja mesin siklus kompresi uap

2.1.3.1.1. Skematik Rangkaian Komponen Mesin Siklus Kompresi Uap

Rangkaian komponen pada siklus kompresi yang digunakan pada mesin

penghasil air dari udara dapat dilihat pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Skematik rangkaian komponen utama mesin siklus kompresi uap

Pipa

Kapiler

2

1 4

3

Evaporator

Kompresor

Kondensor

Qin

Qout

Win

Tkond, P2

Tevap, P1

Qout

Qin

Win

Lingkungan

Bersuhu tinggi

Lingkungan

Bersuhu rendah


25

Pada Gambar 2.15, Gambar 2.16 dan Gambar 2.17 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. Besarnya Qout adalah besarnya Qin

ditambah dengan besarnya Win. Tevap dan Tkond berturut-turut adalah suhu kerja

evaporator dan suhu kerja kondensor. P1 dan P2 berturut-turut adalah tekanan kerja

evaporator dan tekanan kerja kondensor.

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 2.16 dan Gambar 2.17.

Gambar 2.16 Siklus kompresi uap pada diagram P-h

Pre

ssure

(P)

Enthalpy

2a

win

h2 h1

1 1a

h3=h4

2 3a 3

4 Qin

Qout

P1

P2 Tkond

Tevap


26

Gambar 2.17 Siklus kompresi uap pada diagram T-s

Dalam siklus kompresi uap, refrigeran mengalami beberapa proses yaitu :

a. Proses 1-2 : Proses kompresi

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 ikut mengalami kenaikkan, dengan nilai suhu yang lebih tinggi dari

suhu ruangan. Hal ini dimaksudkan agar suhu kerja kondensor lebih tinggi dari

suhu udara 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

Qin

Enthropy (s)

Qout Tkond

Tevap

3a 3

4

2a

1a

1

2

Tem

per

atu

re(o

C)

WinTkond

Tevap


27

kelaur dari kompresor. Refrigeran gas panas lanjut yang bertemperatur tinggi

diturunkan suhunya sampai mencapai titik gas jenuh. Proses ini dapat berlangsung

karena suhu refrigeran yang ada di dalam saluran pipa lebih tinggi dibandingkan

dengan suhu lingkungan di sekitar.

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

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. Proses 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).


28

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. Proses ini berlangsung

dengan nilai entalpi yang tetap (isentalpi=isoentalpi).

f. Proses 4-1a : Proses evaporasi

Proses 4-1a merupakan proses evaporasi atau penguapan refrigeran. 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 daripada suhu lingkungan di sekitar 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.

g. Proses 1a-1 : Superheating

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

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, entropi dan entalpi.

2.1.3.2. Komponen Siklus Kompresi Uap

Siklus kompresi uap memiliki beberapa komponen penyusun. Komponen

penyusun siklus kompresi uap ini dibagi menjadi dua kelompok, yaitu komponen


29

utama dan komponen pendukung. Pembagian ini berdasarkan fungsi dari

komponen tersebut.

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.

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

Kondensor, (c) Pipa kapiler, (d) Evaporator, (e) Refrigeran.

a. Kompresor

Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran pada siklus kompresi

uap, dengan cara menaikkan tekanan dari tekanan kerja evaporator (tekanan

rendah) ke tekanan kerja kondensor (tekanan tinggi).

Kompresor yang digunakan harus dapat mengubah kondisi gas refrigeran yang

bertemperatur rendah dari evaporator menjadi gas yang bertemperatur tinggi (lebih

tinggi dari temperatur di lingkungan sekitar) pada saat meninggalkan kompresor.

Hal ini dilakukan agar kalor yang dihasilkan oleh refrigeran dapat dibuang ke

lingkungan ketika refrigeran melewati kondensor. Contoh kompresor yang dapat

digunakan pada siklus kompresi uap adalah kompresor rotari. Gambar 2.18


30

memperlihatkan gamabr kompresor rotari. Kompresor rotari pada umumnya dapat

menghasilkan getaran yang lebih rendah dibadingkan dengan kompresor torak.

Gambar 2.18 Kompresor rotari

b. Kondensor

Kondensor berfungsi untuk mengembunkan refrigeran yang mengalir di dalam

siklus kompresi uap. Prosesnya disebut dengan proses kondensasi. Pada saat proses

pengembunan, fase refrigeran berubah dari fase gas bertekanan tinggi menjadi cair

bertekanan tinggi. Pada saat perubahan fase akan terjadi pelepasan kalor. Pelepasan

kalor ini terjadi dari kondensor ke udara yang mengalir melewati kondensor.

Rerigeran yang telah berubah menjadi cair tersebut kemudian dialirkan ke

evaporator melalui pipa kapiler.

Proses perpindahan kalor ini terjadi ketika gas refrigeran bertekanan rendah

dikompresi sehingga menjadi gas refrigeran bertekanan tinggi dimana temperatur

kondensasinya lebih tinggi dari temperatur media pendingin kondensor (udara).

Perbedaan temperatur inilah yang akhirnya menyebabkan terjadinya proses

perpindahan kalor. Kemampuan kondensor melepaskan kalor dipengaruhi oleh

beberapa hal, diantaranya adalah sebagai berikut : (1) Material (bahan pembuat


31

kondensor), (2) Luas area kondensor, (3) perbedaan temperatur. Gambar 2.19

menunjukkan gambar kondensor.

Gambar 2.19 Kondensor

c. Pipa kapiler

Pipa kapiler merupakan salah satu komponen utama yang berfungsi untuk

menurunkan tekanan. Ketika tekanan refrigeran turun maka suhu refrigeran juga

mengalami proses penurunan. Penurunan tekanan ini berlangsung dengan nilai

entalpi yang tetap, oleh karena itu proses ini dinamakan dengan isoentalpi/isentalpi.

Pipa kapiler terletak antara saringan (filter) dan evaporator. Pipa kapiler memiliki

ukuran diameter yang cukup kecil yaitu 0,028 inci atau 0,71 mm, sehingga ketika

refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler, gesekan yang terjadi sengat besar dan

mengakibatkan refrigeran akan mengalami penurunan tekanan. Gambar 2.20

menyajikan salah satu contoh pipa kapiler.

Gambar 2.20 Pipa Kapiler


32

d. Evaporator

Evaporator adalah salah satu komponen utama dalam sistem siklus kompresi

uap, di dalamnya mengalir cairan refrigeran yang berfungsi sebagai penyerap kalor

dari lingkungan sekitar evaporator. Pada proses ini refrigeran berubah fase dari fase

campuran (gas dan cair) menjadi gas. Contoh evaporator dapat dilihat pada Gambar

2.21.

Gambar 2.21 Evaporator

e. Refrigeran

Refrigeran merupakan fluida pendingin atau fluida kerja yang digunakan oleh

mesin siklus kompresi uap untuk menyerap kalor melalui perubahan fase dari cair

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

(kondensasi). Refrigeran dapat dikatakan sebagai pemindah kalor dalam sistem

siklus kompresi uap.

2.1.3.2.2. Komponen Pendukung

Alat pendukung ini berfungsi untuk mendukung kerja mesin siklus kompresi

uap agar dapat bekerja dengan baik.

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

Kipas inlet, (c) Kipas outlet, dan berikut penjelasannya :


33

a. Filter

Filter adalah alat yang digunakan untuk menyaring kotoran pada fluida kerja

mesin siklus kompresi uap. Kotoran tersebut dapat berupa hasil dari proses

korosi/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 2.22 menyajikan salah satu contoh filter.

Gambar 2.22 Filter

b. Kipas inlet

Kipas berfungsi untuk mengalirkan udara atau memasukkan udara ke dalam

mesin, agar proses pemadatan udara dapat terjadi. Kipas yang digunakan memiliki

memiliki 3 buah sudu dengan diameter sudu 23 cm. Daya kipas yang digunakan

adalah 35 Watt.

Gambar 2.23 Kipas inlet

c. Kipas outlet


34

Kipas ini berfungsi untuk mempercepat proses perpindahan kalor dari

kondensor ke udara lingkungan sekitar. Kipas yang digunakan memiliki 3 buah

sudu dan memiliki diameter sebesar 31 cm. Daya listrik yang digunakan untuk

menggerakkan kipas adalah 17 Watt.

Gambar 2.24 Kipas outlet

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 efisiensi dapat diketahui.

2.1.3.3.1. Kerja Kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan masa refrigeran adalah perubahan entalphi yang

terjadi dari titik 1-2. Perubahan entalphi dapat dihitung dengan Persamaan (2.5) :

𝑊𝑖𝑛 = ℎ2 − ℎ1 ...(2.5)


Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

h1 : Nilai entalphi refrigeran saat masuk kekompresor (kJ/kg)

h2 : Nilai entalphi refrigeran saat keuar dari kompresor (kJ/kg)


35

2.1.3.3.2. Besarnya Energi Kalor yang Dilepas Kondensor (Qout)

Besarnya kalor yang dilepas oleh kondensor adalah perubahan entalphi yang

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

dengan Persamaan (2.6) :

𝑄𝑜𝑢𝑡 = ℎ2 − ℎ3 ...(2.6)


Qout : Jumlah kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

h2 : Nilai entalphi refrigeran saat masuk ke kondensor (kJ/kg)

h3 : Nilai entalphi refrigeran saat keluar dari kondensor (kJ/kg)

2.1.3.3.3. Besarnya Energi Kalor yang Diserap Evaporator (Qin)

Besarnya kalor yang diserap oleh evaporaotor adalah perubahan entalphi

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

dihitung dengan Persamaan (2.7) :

𝑄𝑖𝑛 = ℎ1 − ℎ4 …(2.7)


Qin : jumlah kalor yang diserap 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)

2.1.3.3.4. COP aktual dan COP ideal

COP (Coefficient Of Performance) merupakan besaran yang menyatakan

kemampuan evaporator untuk menyerap kalor dari udara ruangan (di evaporator)

dibandingkan dengan kerja kompresor.


36

COP aktual

COP aktual yaitu COP yang sebenarnya yang dimiliki oleh mesin siklus

kompresi uap. COP aktual dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (2.8) :

𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 =𝑄𝑖𝑛

𝑊𝑖𝑛 …2.8)


COP aktual : Koefisien prestasi kerja mesin siklus kompresi uap secara aktual

Qin : Jumlah kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran

(kJ/kg)

Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

COP ideal

COP ideal yaitu COP maksimal yang dapat dimiliki oleh suatu mesin siklus

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

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝

𝑇𝑘𝑜𝑛𝑑−𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝 …(2.9)


COP ideal : Koefisien prestasi kerja mesin pendingin secara ideal

Tevap : Suhu mutlak evaporator (K)

Tkond : Suhu mutlak kondensor (K)

2.1.3.3.5. Efisiensi Mesin Siklus Kompresi Uap


37

Hasil dari perbandingan nilai COPaktual dan COPideal menghasilkan nilai

efisiensi mesin siklus kompresi uap dengan Persamaan (2.10) :

η = 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 x 100% …(2.10)


η : Efisiensi mesin siklus kompresi uap

COPaktual : Koefisien prestasi kerja aktual dari mesin siklus kompresi uap

COPideal : Koefisien prestasi kerja ideal dari mesin siklus kompresi uap

2.2. Tinjauan Pustaka

Reinhard K. Radermacher dan Hisham Fawzi (2001), melakukan penelitian

tentang alat untuk menghasilkan air dari udara. Tujuan dari alat ini adalah untuk

mengembunkan uap air yang ada di udara menjadi air dengan kemurnian yang

tinggi. Dalam penelitian ini alat penghasil air dari udara terdiri dari kompresor,

kondensor, katub ekspansi, dan evaporator. Alat bantu yang digunakan adalah dua

buah kipas yang digunakan untuk mempercepat laju perpindahan kalor di

kondensor dan di evaporator. Proses pengembunan uap air yang ada di udara terjadi

di evaporator yang memiliki temperatur yang rendah. Hal ini terjadi karena

refrigeran mengalami penguapan sebagai akibat dari penambahan kalor dari

lingkungan sekitar. Udara yang melewati evaporator akan mecapai titik dew point

dan akan terbentuk butiran air yang akan dialirkan ke tempat yang telah disediakan.

Haroe Poernomo (2015), melakukan penelitian tentang karakteristik unjuk

kerja sistem pendingin (Air Conditioning) berdasarkan pada variasi putaran kipas


38

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

katub ekspansi, evaporator dan menggunakan refrigeran R22. Metode yang

digunakan dalam penelitian ini adalah metode percobaan. Variasi putaran kipas

yang digunakan 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

cenderung meningkat. Hal ini menyebabkan koefisien prestasi mesin pendingin

semakin meningkat. Percobaan terakhik menunjukkan temperatur kondensor

adalah sekitar 41°C dan kalor yang dilepas kondensor adalah 203,0 kJ/s.

Wibowo Kusbandono dan PK Purwadi, melakukan penelitian pengaruh

adanya kipas yang dapat mengalirkan udara melintasi kondensor terhadap COP dan

Efisiensi mesin pendingin showcase. Mesin showcase yang digunakan terdiri dari

kompresor, kondensor, pipa kapiler, dan evaporator, sedangkan komponen

tambahannya adalah filter, kipas dan thermostate. Refrigeran yang digunakan

adalah refrigeran R-134a. Variasi penilitian ini adalah tanya kipas, menggunakan

1 kipas dan menggunakan 2 kipas. Variasi ini menyebabkan meningkatnya laju

aliran kalor yang dibuang oleh kondensor nilainya berturut-turut untuk: tanpa

kipas, dengan 1 kipas, dengan 2 kipas sebesar: 180 kJ/kg, 181 kJ/kg, dan 184 kJ/kg,

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 semakin meningkatkan efisiensi mesin siklus


39

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

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

Marwan Effendy (2005), melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara pendingin kondensor terhadap koefisien prestasi Air Conditioning. Penelitian

ini menggunakan sistem refrigerasi yang terdiri dari kompresor, kondensor, katub

ekspansi, evaporator, filter dryer, dan kipas (berpenggerak motor listrik 3 fase).

Alat bantu yang digunakan adalah termokopel, pressure gauge, RH-meter,

anemometer, rotameter dan manometer air raksa. Kipas tambahan akan dipasang

pada bagian kondensor. Variasi kecepatan udara yang digunakan adalah 60-309

rpm atau setara dengan 0,2-2,98 m/s. Dari penelitian ini kita dapat mengambil

kesimpulan yaitu semakin besar kecepatan udara yang melewati kondensor maka

akan terjadi penurunan temperatur kondensor, kenaikan efek refrigerasi, penurunan

kerja kompresor dan akan meningkatkan unjuk kerja atau koefisien prestasi dari

mesin refrigerasi.

Saut Siagian (2015), melakukan penelitian tentang karakteristik unjuk kerja

kondensor pada sistem pendingin (Air Conditioning) yang menggunakan Freon R-

134 a berdasarkan pada variasi putaran kipas pendingin. Sistem pendingin yang

digunakan terdiri dari evaporator, kondensor, receiver dan elemen pemanas yang

tergabung menjadi satu dalam evaporator housing. Kipas tambahan dipasang pada

kondensor. Variasi putaran kipas kondensor yang digunakan adalah 50 rpm sampai

dengan 120 rpm dengan interval 25 dalam pengambilan data. Metode yang

digunakan dalam penelitian ini adalah metode percobaan dengan menggunakan


40

peralatan dari mesin refrigerasi sistem sistem pendingin udara. Berdasarkan hasil

penelitian ini dapat diambil kesimpulan bahwa semakin besar laju aliran udara

untuk mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien nilai unjuk kerja atau

koefisien prestasi semakin meningkat. Karena laju pelapasan kalor yang besar akan

berdampak pada temperatur kondensor yang semakin rendah, sehinggga dapat

mencapai temperatur yang lebih rendah lagi pada keluaran evaporator.


41

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Objek Penelitian

Objek pada penelitian ini adalah mesin penghasil air dari udara yang bekerja

dengan menggunakan siklus kompresi uap. Gambar dari skematik alat yang

digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Objek penelitian berupa mesin penghasil air dari udara

(3)

(4)

(7)

(5)

(2)

(1)

(8)

(6)

(9)


42

Keterangan pada Gambar 3.1 :

1. Kompresor

2. Kondensor

3. Filter

4. Pipa kapiler

5. Evaporator

6. Kipas untuk memadatkan udara

7. Ruangan untuk memadatkan udara

8. Kipas kondensor

9. Gelas ukur

3.2. Variasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan kecepatan aliran udara saat

dipadatkan yang dihasilkan oleh putaran kipas pemadat udara, yaitu :

a. Kecepatan aliran udara 4,7 m/s

b. Kecepatan aliran udara 5,8 m/s

c. Kecepatan aliran udara 6,7 m/s

3.3. Alat, Bahan dan Perakitan Mesin Penghasil Air dari Udara

3.3.1. Alat


43

Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan mesin penghasil air dari

udara, antara lain :

a. Gergaji kayu

Gergaji kayu digunakan untuk memotong kayu yang akan digunakan untuk

membuat kotak untuk mesin penghasil dari udara.

Gambar 3.2 Gergaji kayu

b. Palu

Palu digunakan untuk memukul paku dalam pemasangan rangka dari mesin

penghasil air dari udara.

Gambar 3.3 Palu

c. Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur bahan yang akan digunakan untuk

membuat kotak mesin penghasil air dari udara.


44

Gambar 3.4 Meteran

d. Obeng

Obeng digunakan untuk mengencangkan baut yang akan digunakan dalam

pembutan kotak mesin penghasil air dari udara.

Gambar 3.5 Obeng

e. Pisau cutter

Pisau cutter digunakan untuk memotong triplek dan lakban.

Gambar 3.6 Pisau cutter


45

f. Tube cutter

Tube cutter digunakan untuk memotong pipa tembaga agar hasil potongan

pada pipa baik serta dapat mempermudah proses pengelasan.

Gambar 3.7 Tube cutter

g. Tube expender

Tube expender digunakan untuk mengembangkan ujung dari pipa tembaga

agar antar pipa tembaga dapat disambungkan dengan baik.

h. Gas las Hi-Cook

Peralatan las digunakan untuk menyambung antar pipa tembaga pada

komponen dari mesin penghasil air dari udara.

3.8 Gas hi-cook

i. Pompa vakum

Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan gas-gas yang terjebak di dalam

pipa tembaga maupun komponen dari mesin penghasil dari udara, seperti udara dan


46

uap air. Tujuannya adalah agar tidak menyumbat aliran refrigeran di dalam pipa

tembaga, karena uap air yang berlebihan di dalam pipa tembaga dapat membeku

dan menyumbat filter dan pipa kapiler.

3.3.2. Bahan

Bahan yang digunakan untuk membuat alat penghasil air dari udara adalah

sebagai berikut :

a. Triplek

Triplek digunakan sebagai dinging dari kotak mesin penghasil air dari udara.

Triplek yang digunakan memiliki ketebalan 4 mm.

Gambar 3.9 Triplek

b. Styrofoam

Styrofoam adalah bahan yang digunakan untuk membuat ruang pemadatan

udara dan menutup bagian mesin yang terbuka.

Gambar 3.10 Styrofoam


47

c. Paku

Paku digunakan untuk menyatukan rangka dan triplek agara dapat menyatu

dan menjadi kuat.

Gambar 3.11 Paku

d. Engsel

Engsel digunakan untuk menghubungkan pintu dengan kotak mesin penghasil

air dari udara. Engsel yang digunakan berjumlah dua.

Gambar 3.12 Engsel

e. Baut

Baut digunakan untuk mengencangkan antara dudukan evaporator dengan

dinding triplek dan mengencangkan engsel pintu dengan triplek.

Gambar 3.13 Baut


48

f. Lakban

Lakban digunakan untuk menutupi celah-celah dari sambungan antara kayu

dan triplek. Selain itu lakban juga digunakan untuk menutupi sambungan-

sambungan pada kabel.

Gambar 3.14 Lakban

g. Kompresor

Kompresor merupakan alat yang berfungsi untuk menciptakan perbedaan

tekanan pada pipa tembaga, sehingga refrigeran dapat mengalir dari tekanan tinggi

ke tekanan yang lebih rendah. Pada penelitian ini jenis kompresor yang digunakan

adalah kompresor rotari dengan daya ¾ PK, tegangan yang digunakan 220 V, dan

arus yang bekerja pada kompresor adalah 3,1 Ampere.

Gambar 3.15 Kompresor rotari

h. Kondensor

Kondensor berfungsi untuk mengembunkan refrigeran yang mengalir di dalam


49

siklus kompresi uap. Prosesnya disebut dengan proses kondensasi. Pada saat proses

pengembunan (kondensasi), fase refrigeran berubah dari fase gas menjadi cair.

Pada saat perubahan fase, terjadi pelepasan kalor. Pelepasan kalor ini terjadi dari

kondensor ke udara yang melintasi kondensor. Jenis kondensor yang digunakan

merupakan jenis kondensor bersirip dengan panjang 50 cm, tinggi 40 cm dan lebar

1,6 cm. Kondensor ini memiliki 139 lekukan sirip yang akan mempercepat

terjadinya pelepasan kalor ke udara sekitar. Pipa kondensor yang digunakan

berukuran 0,5 inci, terbuat dari tembaga dan sirip kondensor terbuat dari

aluminium. Kondensor yang dipilih cocok untuk bekerja sama dengan kompresor

rotari dengan daya ¾ PK.

Gambar 3.16 Kondensor

i. Pipa kapiler

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk

ke evaporator. Proses penurunan tekanan berlangsung dengan nilai entalpi yang

tetap. Ketika refirgeran mengalami penurunan tekanan, temperatur refrigeran juga

mengalami penurunan. Pipa kapiler yang digunakan terbuat dari tembaga dengan

diameter 0,028 inci atau 0,71 mm. Pipa kapiler yang dipilih cocok bekerja sama

dengan kompresor dengan daya ¾ PK.


50

Gambar 3.17 Pipa kapiler

j. Evaporator

Evaporator berfungsi untuk menguapkan refrigeran dari fase cair menjadi gas

sebelum refrigeran masuk ke kompresor dan mengembunkan udara yang melewati

evaporator. Jenis evaporator yang digunakan adalah evaporator pipa bersirip

dengan panjang 57,2 cm, lebar 14 cm dan tinggi 18 cm. Pipa yang digunakan

terbuat dari tembaga dan sirip terbuat dari aluminium. Evaporator yang dipilih

cocok untuk bekerja sama dengan kompresor rotari dengan daya ¾ PK. Contoh

gambar evaporator dapat dilihat pada Gambar 3.18

Gambar 3.18 Evaporator

k. Filter

Filter merupakan alat yang berfungsi untuk menyaring kotoran yang mungkin

saja terbawa oleh refrigeran sebelum refrigeran masuk ke pipa kapiler. Hal ini tentu

saja untuk mencegah terjadinya penyumbatan pada pipa kapiler. Filter yang

digunakan terbuat dari tembaga. Ukuran diameter filter yang digunakan 17 mm dan


51

panjang filter 8,5 cm. Kotoran yang dimaksud dapat berupa karat logam, tatal

logam dan uap air. Contoh gambar filter dapat dilihat pada Gambar 3.19.

Gambar 3.19 Filter

l. Refrigeran

Refrigeran adalah fluida kerja dari mesin siklus kompresi uap. Refrigeran

berfungsi untuk menyerap atau melepas kalor dari lingkungan sekitar. Jenis

refrigeran yang digunakan adalah R-410A.

Gambar 3.20 Refrigeran R-410A

m. Kipas

Pada penelitian ini digunakan satu buah kipas. Kipas ini berfungsi untuk

memadatkan udara sebelum masuk ke evaporator. Kipas yang digunakan memiliki

memiliki 3 buah sudu dengan diameter sudu 23 cm. Daya kipas yang digunakan

adalah 35 Watt.


52

Gambar 3.21 Kipas inlet

j. Kipas outlet

Kipas ini berfungsi untuk mempercepat perpindahan kalor dari kondensor ke

lingkungan sekitar. Kipas yang digunakan memiliki 3 buah sudu 31 cm. Daya kipas

yang digunakan adalah 17 Watt.

Gambar 2.22 Kipas outlet

3.3.3. Alat Bantu Penelitian

Dalam proses pengambilan data diperlukan alat bantu penelitian, yaitu

sebagai berikut :

a. Hygrometer

Hygrometer digunakan untuk mengukur temperatur udara kering (Tdb) dan

temperatur bola basah (Twb).


53

Gambar 3.23 Hygrometer

b. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan udara yang mengalir ke

dalam ruangan pemadatan udara. Kecepatan udara ini dihasilkan dari putaran kipas

pemadat udara.

Gambar 3.24 Anemometer

c. Penampil suhu digital dan termokopel

Termokopel berfungsi untuk mengukur perubahan temperatur pada saat

penelitian. Termokopel ini digunakan dengan cara ujung dari termokopel

diletakkan (ditempel atau digantung) pada bagian yang akan diukur

termperaturnya, setelah itu temperatur akan muncul secara otomatis pada layar

penampil suhu digital. Termokopel harus dikalibrasi terlebih dahulu sebelum

digunakan.


54

Gambar 3.25 Termokopel

d. Gelas ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume air yang dihasilkan dari mesin

penghasil air dari udara. Pengukuran volume air dilakukan setiap 10 menit sekali.

Gambar 3.26 Gelas ukur

e. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur selang waktu yang akan dibutuhkan

dalam pengambilan data. Waktu yang dibutuhkan setiap pengambilan data adalah

setiap 10 menit.

Gambar 3.27 Stopwatch


55

f. Tang Ampere (Clamp Meter)

Clamp meter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur arus listrik

pada sebuah kabel konduktor yang dialiri arus listrik dengan menggunakan kedua

rahang penjepitnya (clamp) tanpa harus kontak langsung dengan terminal listriknya

Gambar 3.28 Clamp meter

3.4. Tata Cara Penelitian

3.4.1. Alur Pelaksanaan Penelitian

Alur pelaksanaa penelitian mengikuti diagram alir yang disajikan pada

Gambar 3.29.


56

Gambar 3.29 Diagram alir penelitian

3.4.2. Pembuatan Mesin Penghasil Air dari Udara

Langkah-langkah dalam pembuatan mesin penghasil air dari udara adalah

Ya

Tidak

Pengolahan Data, Analisis/ Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Melanjutkan Variasi ?

Pengambilan Data

Pemilihan Variasi Penelitian

Pengisian Refrigeran R-410A

pada Mesin Penangkap Air dari Udara

Persiapan Alat dan Bahan

Perancangan Mesin Penghasil Air dari Udara

Mulai

Uji Coba, baik ?

Tidak baik

Baik

Proses pembuatan Mesin Penghasil Air dari Udara


57

sebagai berikut :

a. Pembuatan desain mesin penghasil air dari udara.

b. Membeli alat dan bahan yang akan digunakan dalam pembuatan mesin

penghasil air dari udara.

c. Membuat kotak mesin penghasil air dari udara.

d. Membuat ruangan yang digunakan untuk memadatkan udara sebelum masuk

ke evaporator.

e. Pemasangan kipas yang digunakan untuk memadatkan udara.

f. Peletakan komponen-komponen utama mesin penghasil air dari udara

g. Peletakan komponen-komponen pendukung mesin penghasil air dari udara

h. Pengisian refrigeran.

3.4.3. Proses Pengisian Refrigeran

Sebelum proses pengisian refrigeran diperlukan beberapa proses yaitu

pembersihan saluran dalam sistem kompresi uap dari kotoran-kotoran yang

menempel dan pemvakuman agar siklus kompresi uap dapat bekerja dengan baik.

Proses pemvakuman berarti mengosongkan atau menghampakan sistem kompresi

uap dari udara dan gangguan karena udara tidak dapat diembunkan pada suhu dan

tekanan pengembunan dari refrigeran (Sumanto. 1985).

Langkah-langkah pengisian refrigeran pada mesin penghasil air dari udara :


58

a. Pasang salah satu ujung selang pada katub pengisian bagian samping

kondensor, kemudian ujung lainnya dihubungkan pada katub tabung refrigeran

R140A.

b. Hidupkan kompresor dan buka kran pada katub tabung refrigeran secara

perlahan-lahan hingga tekanan pada high pressure gauge mencapai tekanan

yang diinginkan, kemudian tutup keran pada katub tabung refrigeran.

c. Setelah itu lakukanlah pemeriksaan kebocoran. Pemeriksaan kebocoran pada

sistem dilakukan dengan bantuan busa sabun, pemeriksaan dilakukan pada

lubang katub pengisian dan pada semua sambungan pipa-pipa. Kemudian

lepaskan selang yang terpasang pada katub pengisian.

3.4.4. Skematik Pengambilan Data

Dalam proses pengambilan data diperlukan beberapa alat ukur untuk

menghasilkan data yang akurat. Alat ukut digunakan untuk mendapatkan data

primer dan untuk mendapatkan data sekunder kita dapat menggunakan

psychrometric chart dan diagram p-h. Alat ukur yang digunakan untuk

pengambilan data diletakkan dibeberapa titik pada mesin penghasil air dari udara.

Pemasangan alat ukur pada mesin penghasil air dari udara dapat dilihat pada

Gambar 3.30.


59

Gambar 3.30 Skematik pengambilan data

Keterangan Gambar 3.30 Skematik pengambilan data

a. A

Higrometer ini berfungsi untuk mengukur temperatur bola basah (Twb,A) dan

temperatur bola kering (Tdb,A) pada kondisi udara sebelum memasuki ruang

pemadatan.

b. B

Higrometer ini berfungsi untuk mengukur temperatur bola basah (Twb,B) dan

T1

A

E

B

2

T2

V


60

temperatur bola kering (Tdb,B) di dalam ruangan pemadatan.

c. T1

Termokopel ini berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran yang keluar dari

kondensor.

d. T2

Termokopel ini berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran yang masuk ke

evaporator.

e. E

Higrometer ini berfungsi untuk mengukur temperatur bola kering (Tdb,E) udara

yang keluar dari kondensor.

f. V

Anemometer ini berfungsi untuk mengukur kecepatan aliran udara yang

dihasilkan oleh kipas untuk memadatkan udara.

3.4.5. Cara Pengambilan Data

Pengambilan primer pada penelitian ini didasarkan pada apa yang

ditampilkan oleh alat ukur yang dipergunakan di dalam penelitian. Pada penelitian

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

dan lain-lain. Untuk memperoleh data sekunder, kita menggunakan diagram p-h

untuk mendapatkan data entalpi, tekanan kerja kondensor, tekanan kerja

evaporator, dan menggunakan psychometric chart untuk mendapatkan data-data :

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


61

lain-lain. Untuk mendapatkan data-data sekunder, diperlukan data-data primer

untuk menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram p-h, sedangkan untuk

mendapatkan data-data pada psychometric chart diperlukan data-data primer untuk

menggambarkan proses penangkapan air air udara.

Langkah-langkah yang dilakukan untuk mendapatkan data, yaitu sebagai

berikut:

a. Penelitian dilakukan di Laboratorium Universitas Sanata Dharma.

b. Memastikan bahwa semua alat ukur yang akan digunakan sudah dikalibrasi.

c. Semua alat bantu penelitian diletakkan pada tempat yang sudah ditetapkan.

d. Menghidupkan mesin penghasil air dari udara.

e. Mesin penghasil air dari udara bekerja selama 30 menit agar kerja dari

komponen siklus kompresi uap stabil.

f. Data yang harus dicatat setiap 10 menit adalah :

A : Temperatur bola kering (Tdb,A) dan bola basah (Twb,B) (°C)

B : Temperatur bola kering (Tdb,B) dan bola basah (Twb,B) (°C)

T1 : Suhu refrigeran yang keluar dari kondensor (Tkond) (°C)

T2 : Suhu refrigeran yang masuk ke evaporator (Tevap) (°C)

D : Temperatur bola kering (Tdb,D) udara yang keluar dari evaporator (°C)


62

E : Temperatur bola kering (Tdb,E) udara yang keluar dari kondensor (°C)

V : Kecepatan aliran udara yang sebelum masuk ke evaporator (m/s)

g. Hasil dari data yang diperoleh kemudian dijumlahkan dengan hasil dari

kalibrasi alat bantu.

Tabel 3.1 Tabel pengambilan data hasil penelitian

Waktu Keceptan

aliran.udara

Refrigeran Udara Jumlah

air (menit)

Pevap Pkond Tevap Tkond Tdb,A Twb,A Tdb,B Twb,B Tdb,D Tdb,E

(m/s) (Mpa) (Mpa) (°C) (°C) (ml)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Rata-rata

3.5. Cara Menganalisis dan Menampilkan Hasil Data Penelitian

Cara yang digunakan untuk menganalisis dan menampilkan hasil data yaitu

sebagai berikut :

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

hitung rata-rata dari 3 kali percobaan setiap variasinya.

b. Untuk dapat menghitung massa air yang berhasil diuapkan dengan

mengunakan Psychrometric Chart.


63

c. Untuk dapat menggunakan diagram p-h, masukkan nilai suhu kerja (Tevap) dan

suhu kerja (Tkond)

d. Cari tekanan refrigeran Pevap dan tekanan refrigeran Pkond dengan

menggunakan diagram p-h.

e. Mencari kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win).

f. Mencari kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin).

g. Mencari kalor yang lepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran (Qout).

h. Mencari nilai COPaktual dan COPideal pada mesin penghasil air dari udara.

i. Mencari efisiensi pada mesin penghasil air dari udara.

j. Menghitung jumlah air yang dihasilkan oleh mesin penghasil air dari udara.

k. Untuk memudahkan pembahasan dan hasil-hasil perhitungan, maka

digambarkan dalam grafik. Pembahasan dilakukan terhadap grafik yang

dihasilkan, dengan mengacu pada tujuan penelitian.

3.6. Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan dapat diperoleh dari pembahasan hasil penelitian yang sudah

dilakukan. Kesimpulan adalah intisari dari pembahasan dan kesimpulan harus

dapat menjawab semua tujuan dari penelitian. Untuk memudahkan dalam

melakukan pembahasan dan membuat kesimpulan, hasil pengolahan data

ditampilkan dalam bentuk grafik


64

BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian

Data primer yang telah dicatat dari hasil penelitian mesin penghasil 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 (Tdb, A) dan suhu udara basah (Twb, A) sebelum masuk mesin penghasil air,

suhu udara kering (Tdb, B) dan suhu udara basah (Twb, B) setelah dipadatkan, suhu

udara kering (Tdb, D) setelah keluar dari evaporator, suhu udara kering (Tdb, E) setelah

melewati kondensor dan jumlah air yang dihasilkan setiap 10 menit selama dua

jam pengambilan data. Kecepatan aliran udara yang dijadikan sebagai variasi dalam

penelitian ini diukur dengan menggunakan anemometer. Untuk memperoleh data

sekunder (Pevap) dan (Pkond) dapat dilakukan dengan cara menggambar diagram p-

h. Data yang digunakan untuk menggambar diagram p-h adalah suhu kerja

evaporator dan suhu kerja kondensor. Untuk memperoleh tekanan (Pevap) dan (Pkond)

yang lebih akurat dapat dilakukan dengan menginterpolasi suhu kerja evaporator

dan suhu kerja kondesor pada tabel Suva® 410A Saturation Properties-Temperature

Table (lihat Gambar L.7 dan Gambar L.8). Pengujian untuk setiap variasi dilakukan

sebanyak tiga kali dan kemudian menghitung rata-rata dari ketiga pengambilan data

tersebut untuk setiap variasinya. Data penelitian akan dianalisis menggunakan

diagram p-h dan psychrometric chart. Hasil rata-rata dari setiap variasi ditampilkan

pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.3.


65

Tabel 4.1 Data hasil penelitian dengan variasi kecepatan aliran udara 4,7 m/s

Waktu Keceptan

aliran.udara


air (menit)


(m/s) (Mpa) (Mpa) (°C) (°C) (ml)

10

4,7

0,98 4,05 6,60 62,43 26,2 21,3 27,5 23 15,5 32,2 278

20 0,98 4,09 6,60 62,53 26,2 21,2 27,5 23,2 15,3 32,1 567

30 0,98 4,08 6,60 62,83 26,2 21,2 27,7 23,2 15,5 32,2 843

40 0,98 4,05 6,53 62,57 25,8 21 27,5 23,2 15,3 32,2 1120

50 0,97 4,07 6,43 62,90 25,8 21 27,5 23 15,3 32,0 1393

60 0,97 4,06 6,40 62,80 25,7 21,2 27,2 23 15,2 32,0 1680

70 0,97 4,06 6,40 63,07 25,7 21,3 27,2 23 15,2 32,0 1973

80 0,97 4,07 6,37 63,03 25,7 21,2 27 23 15,2 32,1 2273

90 0,97 4,06 6,37 62,90 25,7 21,2 28,8 23 15,2 31,8 2563

100 0,97 4,07 6,33 62,97 25,7 21,2 27 23 15,2 32,0 2850

110 0,97 4,07 6,33 63,00 25,7 21,3 27,2 23 15,3 31,8 3137

120 0,97 4,07 6,30 63,00 25,7 21,3 27 23 15,3 31,8 3427

Rata-rata 0,97 4,07 6,44 62,84 25,8 21,2 27,3 23 15,3 32 1713

ml/jam


Waktu Keceptan

aliran.udara


air (menit)


(m/s) (Mpa) (Mpa) (°C) (°C) (ml)

10

5,8

0,98 4,08 6,57 62,80 25,8 21,8 27,2 23,2 15,8 32,1 307

20 0,98 4,09 6,57 62,77 25,8 22,0 27,2 23,2 15,8 32,1 603

30 0,98 4,09 6,57 63,03 25,8 21,7 27,2 23,2 15,8 31,9 893

40 0,98 4,09 6,57 63,07 25,8 21,5 27,2 23,2 15,8 32,0 1193

50 0,98 4,09 6,57 63,03 25,8 21,5 27,2 23,2 15,8 32,0 1477

60 0,98 4,09 6,57 63,27 26,0 21,7 27,2 23,2 15,8 32,1 1767

70 0,98 4,08 6,57 63,17 26,0 21,7 27,2 23,3 15,8 32,1 2070

80 0,98 4,09 6,57 63,27 26,0 21,7 27,2 23,3 15,8 32,1 2370

90 0,97 4,09 6,50 63,27 26,0 21,7 27,2 23,3 15,8 32,1 2673

100 0,98 4,09 6,60 63,20 26,0 21,7 27,2 23,3 15,8 32,2 2983

110 0,98 4,09 6,60 63,20 26,2 21,8 27,2 23,3 15,8 32,2 3287

120 0,98 4,09 6,57 63,27 26,2 21,8 27,2 23,3 15,8 32,3 3603

Rata-rata 0,98 4,09 6,57 63,11 26,0 21,7 27,2 23,3 15,8 32,1 1802

ml/jam


66


Waktu Keceptan

aliran.udara


air (menit)


(m/s) (Mpa) (Mpa) (°C) (°C) (ml)

10

6,7

0,99 4,10 7,10 63,03 24,8 21,5 25,3 23,0 15,3 31,5 347

20 0,99 4,11 7,07 63,10 24,7 21,5 25,3 23,0 15,5 31,6 693

30 0,99 4,11 7,03 63,23 24,7 21,5 25,7 23,0 15,7 31,7 1033

40 0,99 4,18 6,93 63,50 24,8 21,5 25,7 23,0 15,7 31,8 1360

50 0,99 4,16 6,97 63,53 24,8 21,5 25,8 23,0 15,7 31,6 1677

60 0,98 4,14 6,80 63,63 24,8 21,5 26,0 23,2 15,7 31,6 1993

70 0,99 4,14 6,93 63,83 25,0 21,5 26,0 23,3 15,8 31,7 2327

80 0,99 4,14 6,93 63,80 24,8 21,5 26,0 23,2 15,8 31,7 2653

90 0,99 4,14 6,97 63,77 25,0 21,5 26,0 23,3 15,8 31,7 2977

100 0,99 4,14 6,97 63,77 25,2 21,5 26,2 23,3 15,8 31,5 3300

110 0,99 4,14 6,90 63,77 25,2 21,5 26,2 23,3 15,7 31,6 3603

120 0,99 4,14 6,90 63,83 25,2 21,5 26,2 23,3 15,7 31,7 3897

Rata-rata 0,99 4,14 6,96 63,57 24,9 21,5 25,9 23,2 15,7 31,6 1948

ml/jam

4.2. Perhitungan

4.2.1. Analisa Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h

Perhitungan pada siklus kompresi uap dapat diselesaikan setelah membuat

diagram p-h berdasarkan data hasil penelitian. Data yang digunakan untuk

melakukan penggambaran pada diagram p-h adalah suhu kerja evaporator (Tevap)

dan suhu kerja kondensor (Tkond). Gambar siklus kompresi uap pada diagram p-h

yang disajikan pada Gambar 4.1, didasarkan pada suhu kerja evaporator (Tevap) =

6,44 °C dan suhu kerja kondensor (Tkond) = 62,84 °C. Siklus kompresi uap

mengasumsikan proses pendinginan lanjut dan proses pemanasan lanjut tidak

terjadi. Siklus kompresi uap pada penelitian ini terdiri dari proses kompresi, proses

desuperheating, proses kondensasi, proses penurunan tekanan dan proses

evaporasi.


67

Gambar 4.1 Diagram p-h berdasarkan data kecepatan aliran udara 4,7 m/s

Gambar 4.1 menyajikan gambar diagram p-h pada variasi kecepatan aliran

udara 4,7 m/s yang akan dijadikan sebagai contoh pada analisis dan perhitungan.

Gambar diagram p-h pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s dapat

dilihat pada Gambar L.2 dan Gambar L.3. Dari diagram p-h (Gambar 4.1) dapat

diperoleh beberapa data sekunder, diantaranya adalah sebagai berikut: (a) nilai

entalpi refrigeran saat keluar evaporator (h1), (b) nilai entalpi saat keluar kompresor

(h2), (c) nilai entalpi saat kondensor (h3), (d) nilai entalpi saat keluar pipa kapiler

(h4), (e) tekanan kerja refrigeran setelah keluar evaporator (Pevap), (f) tekanan kerja

refrigeran sebelum masuk kondensor (Pkond). Hasil penelitian tersaji pada Tabel 4.4.

Pevap

Pkond

1

2 3

4 Tevap

Tkond


68

Tabel 4.4 Nilai tekanan dan entalpi untuk semua variasi

No Variasi Penelitian Pevap Pkond h1 h2 h3 h4

(Mpa) (Mpa) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg)

1 Kecepatan aliran udara 4,7

m/s 0,97 4,07 421,0 466,2 320,6 320,6


m/s 0,98 4,09 421,7 467,2 321,2 321,2


m/s 0,99 4,14 423,0 468,9 322,2 322,2

4.2.1.1. Perhitungan pada Diagram P-h

Dari diagram p-h yang tersaji pada Gambar 4.1 dan nilai entalpi dari semua

variasi yang tersaji pada Tabel 4.4, dapat ditentukan besarnya energi kalor yang

diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin), energi kalor yang dilepaskan

kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), kerja kompresor persatuan massa

refrigeran (Win), COPideal, COPaktual dan efisiensi siklus kompresi uap (η). Berikut

adalah contoh perhitungan yang diambil dari variasi kecepatan aliran udara 4,7 m/s

dilakukan selama dua jam :

a. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)

Berdasarkan diagram p-h pada Gambar 4.1 dan Tabel 4.4 diketahui bahwa

nilai h1=421,0 kJ/kg dan nilai h4=320,6 kJ/kg. Untuk mengetahui besarnya energi

kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat menggunakan

Persamaan (2.7).

𝑄𝑖𝑛 = ℎ1 − ℎ4

= 421,0 𝑘𝐽/𝑘𝑔 − 320,6 𝑘𝐽/𝑘𝑔

= 100,4 𝑘𝐽/𝑘𝑔


69

Perhitungan nilai (Qin) pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s

dihitung dengan cara yang sama dan hasilnya disajikan pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Hasil perhitungan nilai Qin untuk semua variasi

No Variasi Penelitian h1 h4 Qin

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

1 Kecepatan aliran udara 4,7 m/s 421,0 320,6 100,4



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


nilai h2=466,2 kJ/kg dan nilai h3=320,6 kJ/kg. Untuk mengetahui besarnya energi

kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat menggunakan

Persamaan (2.6).

𝑄𝑜𝑢𝑡 = ℎ2 − ℎ3

= 466,2 𝑘𝐽/𝑘𝑔 − 320,6 𝑘𝐽/𝑘𝑔

= 145,6 𝑘𝐽/𝑘𝑔

Perhitungan nilai (Qout) pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s


Tabel 4.6 Hasil perhitungan nilai Qout untuk semua variasi

No Variasi Penelitian h2 h3 Qout





c. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)


70


nilai h1=421,0 kJ/kg dan nilai h2=466,2 kJ/kg. Untuk mengetahui besarnya kerja

kompresor persatuan massa refrigeran dapat menggunakan Persamaan (2.5).

𝑊𝑖𝑛 = ℎ2 − ℎ1

= 466,2 𝑘𝐽/𝑘𝑔 − 421,0 𝑘𝐽/𝑘𝑔

= 45,2 𝑘𝐽/𝑘𝑔

Perhitungan nilai (Win) pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s


Tabel 4.7 Hasil perhitungan nilai Win untuk semua variasi

No Variasi Penelitian h1 h2 Win





d. COPaktual

Nilai COPaktual pada siklus kompresi uap dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.8).

𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 =𝑄𝑖𝑛

𝑊𝑖𝑛

=100,4 𝑘𝐽/𝑘𝑔

45,2 𝑘𝐽/𝑘𝑔

= 2,221


71

Perhitungan nilai (COPaktual) pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7

m/s dihitung dengan cara yang sama dan hasilnya disajikan pada Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Hasil perhitungan nilai COPaktual

No Variasi Penelitian Qin Win

COPaktual (kJ/kg) (kJ/kg)




e. COPideal

Pada Tabel 4.1 telah diketahui bahwa nilai Tevap = 6,44°C dan Tkond = 62,84°C,

sebelum menghitung besarnya nilai COPideal, satuan suhu Tevap dan Tkond dikonversi

terlebih dahulu dalam Kelvin (K). Untuk mengonversi °C ke K adalah dengan

menggunakan Persamaan (4.1).

𝐾 = °𝐶 + 273 …(4.1)


K : nilai suhu dalam satuan Kelvin

C : nilai suhu dalam satuan Celcius

Tevap dihitung menggunakan Persamaan (4.1) :

𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝 = 6,44 °𝐶

𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝 = 6,44 + 273

𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝 = 279,44 𝐾

Tkond dihitung menggunakan Persamaan (4.1) :


72

𝑇𝑘𝑜𝑛𝑑 = 62,84 °𝐶

𝑇𝑘𝑜𝑛𝑑 = 62,84 + 273

𝑇𝑘𝑜𝑛𝑑 = 335,84 𝐾

Jadi, nilai Tevap = 279,44 K dan nilai Tkond = 335,84 K

Nilai COPideal pada siklus kompresi uap dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.9).

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝

𝑇𝑘𝑜𝑛𝑑−𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝

=279,44

335,84 − 279,44

= 4,955

Perhitungan nilai (COPideal) pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s


Tabel 4.9 Hasil perhitungan nilai COPideal

No Variasi Penelitian Tevap Tkond

COPideal (K) (K)




f. Efisiensi siklus kompresi uap (η)

Pada perhitungan sebelumnya nilai COPaktual = 2,221 dan nilai COPideal =

4,955. Efisiensi mesin siklus kompresi uap dapat dihitung dengan menggunakan


73

Persamaan (2.10).

η = 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 x 100%

=2,221

4,955𝑥 100%

= 44,83 %

Perhitungan nilai efisiensi siklus kompresi uap (η) pada variasi kecepatan aliran

udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s dihitung dengan cara yang sama dan hasilnya disajikan

pada Tabel 4.10.

Tabel 4.10 Hasil perhitungan nilai (η)

No Variasi Penelitian COPaktual COPideal Efisiensi

(%)




4.2.2. Data pada Psychrometric Chart

Untuk mengolah data dan menggambarkannya pada psychrometric chart

diperlukan beberapa data yang diperoleh dari penelitian. Data-data ini diantaranya

adalah suhu udara kering (Tdb, A) pada udara lingkungan, suhu udara basah (Twb, A)

pada udara lingkungan, suhu udara kering (Tdb,B) pada udara yang dipadatkan

(dititik B), suhu udara basah (Twb, B) pada udara yang dipadatkan (dititik B), suhu

udara kering (Tdb, D ) pada udara setelah keluar dari evaporator, suhu kerja

evaporator (Tevap), suhu udara kering (Tdb, E) pada udara setelah melewati kondensor


74

dan suhu kerja kondensor (Tkond). Contoh siklus udara pada mesin penghasil air dari

udara pada psychrometric chart dengan menggunakan data variasi kecepatan aliran

udara 4,7 m/s dapat dilihat pada Gambar 4.2. Siklus udara pada mesin penghasil air

dari duara pada psychrometric chart dengan menggunakan variasi kecepatan aliran

udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s dapat dilihat pada Gambar L.5 dan Gambar L.6.

Gambar 4.2 Siklus udara pada psychrometric chart

Pada Gambar 4.2, titik A adalah kondisi udara lingkungan sebelum masuk ke

mesin penghasil air dari udara, titik B adalah udara yang dipadatkan oleh kipas

sebelum masuk ke evaporator, titik C adalah suhu udara yang masuk ke dalam

evaporator saat mulai mengalami pengembunan, titik D adalah udara yang keluar

dari evaporator dan titik E adalah udara setelah keluar dari kondensor. Data-data

yang didapatkan dari psychrometric chart (Gambar 4.2) kelembapan relatif (RH),

A

E D

C B

Tevap

Tkond

wA

wB


75

kelembapan spesifik udara sebelum masuk evaporator atau di titik B atau di titik C

(wA), kelembapan spesifik udara setelah keluar evaporator atau di titik D atau di

titik E (wB) dan pertambahan kandungan uap air (∆w). Tabel 4.11 sampai dengan

Tabel 4.13 menyajikan data yang diperoleh pada psychrometric chart.

Tabel 4.11 Data psychrometric chart pada variasi kecepatan aliran udara 4,7 m/s.

Titik RH SpV wA wB ∆w

(%) (m3/kg) (kgair/kgudara) (kgair/kgudara) (kgair/kgudara)

A 66 0,865

0,0160 0,0109 0,0051

B 70 0,873

C 100 0,855

D 100 0,832

E 37 0,879




A 67 0,867

0,0162 0,0110 0,0052

B 70 0,873

C 100 0,854

D 100 0,832

E 38 0,88




A 66 0,866

0,0164 0,0109 0,0055

B 70 0,871

C 100 0,855

D 100 0,832

E 37 0,879

4.2.2.1. Perhitungan pada Psychrometric Chart

Data-data yang telah diperoleh dari psychrometric chart pada Gambar 4.2,


76

dapat digunakan untuk melakukan beberapa perhitungan untuk mengetahui laju

aliran massa air yang diembunkan ( ��𝑎𝑖𝑟), besarnya perubahan kandungan uap air

persatuan massa udara (∆w), laju aliran massa udara (��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎) dan debit aliran

udara (��). Contoh perhitungan menggunakan data variasi kecepatan aliran udara

4,7 m/s.

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

Laju aliran massa air yang diembunkan dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.1).

��𝑎𝑖𝑟 =𝑚𝑎𝑖𝑟

𝛥𝑡

Diketahui bahwa jumlah air rata-rata yang dihasil selama dua jam pada variasi

kecepatan aliran udara 4,7 m/s adalah 3427 ml atau sama dengan 3,427 kg, jadi

dapat dihitung :

��𝑎𝑖𝑟 =3,427 𝑘𝑔

2 𝑗𝑎𝑚

= 1,713 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚

Perhitungan nilai ( ��𝑎𝑖𝑟) pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s


Tabel 4.14 Hasil perhitungan nilai ( ��𝑎𝑖𝑟)

No Variasi Penelitian ��air ��air

(ml/jam) (kg/jam)

1 Kecepatan aliran udara 4,7 m/s 1713 1,713




77

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

Besarmya perubahan kandungan uap air dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.2).

∆𝑤 = 𝑤𝐴 − 𝑤𝐵

Besarnya nilai wA, wB dan ∆w dapat dilihat pada Gambar 4.2 dan telah disajikan

pada Tabel 4.11 sampai Tabel 4.13.

Tabel 4.15 Hasil perhitungan (∆w)

No Variasi Penelitian wA wB ∆w

(kgair/kgudara) (kgair/kgudara) (kgair/kgudara)




c. Laju aliran massa udara (��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎)

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


𝑤𝐴−𝑤𝐵

Data untuk melakukan perhitungan diambil dari variasi kecepatan aliran udara 4,7

m/s. Pada perhitungan sebelumnya telah telah diketahui nilai ( ��𝑎𝑖𝑟) = 1,713

kg/jam dan nilai ∆w = 0,0051 kgair/kgudara, jadi dapat dihitung :


(𝑤𝐴

− 𝑤𝐵)


∆w


78

=1,713 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚

0,0051 𝑘𝑔𝑎𝑖𝑟/𝑘𝑔𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

= 335,9 𝑘𝑔𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎/𝑗𝑎𝑚

Perhitungan nilai ( ��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎) pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s


Tabel 4.16 Hasil perhitungan( ��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎)

No Variasi Penelitian ��air ∆w ��udara

(kg/jam) (kgair/kgudara) (kgudara/jam)




d. Debit aliran udara (��)

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

Pada perhitungan sebelumnya telah diketahui nilai ( ��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎) = 335,9 𝑘𝑔𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎/

𝑗𝑎𝑚 dan nilai 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 1,2 kg/m3,

�� = ��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

=339,5 𝑘𝑔𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎/𝑗𝑎𝑚

1,2 𝑘𝑔𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎/𝑚3

= 280,0 𝑚3/𝑗𝑎𝑚

Perhitungan nilai (��) pada variasi kecepatan aliran udara 5,8 m/s dan 6,7 m/s



79

Tabel 4.17 Hasil perhitungan (��)

No Variasi Penelitian ��udara 𝜌udara ��

(kgudara/jam) (kg/m3) (m3/jam)



3 Kecepatan aliran udara 6,7 m/s 354,2 1,2 295.2

4.3. Pembahasan

Semua data yang telah didapatkan dari penelitian dan semua perhitungan

yang telah dilakukan akan ditampilkan dalam bentuk diagram batang untuk

memudahkan dalam memahami dan melakukan pembahasan terkait dengan hasil

data penelitian.

4.3.1. Pengaruh Kecepatan Aliran Udara terhadap Kinerja Mesin Siklus

Kompresi Uap.

Kecepatan aliran udara memberikan pengaruh pada kinerja mesin siklus

kompresi uap. Pengaruh ini dapat dilihat pada besarnya nilai energi kalor yang

diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin), energi kalor yang dilepaskan

kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), kerja kompresor persatuan massa

refrigeran (Win), COPideal, COPaktual dan efisiensi siklus kompresi uap (η).

Berdasarkan data penelitian, energi kalor yang paling banyak diserap oleh

evaporator dan energi kalor yang paling banyak dilepaskan kondensor adalah pada

kecepatan aliran udara 6,7 m/s. Sedangkan energi kalor yang paling sedikit diserap

oleh evaporator dan energi kalor yang paling sedikit dilepaskan kondensor adalah

pada kecepatan aliran udara 4,7 m/s. Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 menyajikan hasil

penggambaran dalam bentuk diagram batang.


80

Gambar 4.3 Energi kalor yang diserap evaporator (Qin) pada semua variasi

penelitian

Gambar 4.4 Energi kalor yang dilepakan kondensor (Qout) pada semua variasi

penelitian

Semakin besar kecepatan aliran udara yang diterapkan pada mesin penghasil

air dari udara, semakin besar pula energi kinetik yang dimiliki oleh udara. Hal ini

100,4

100,5

100,8

100,2

100,3

100,4

100,5

100,6

100,7

100,8

100,9

Qin

(kJ/

kg)

Kecepatan aliran udara 4,7 m/s



145,6

146

146,7

145

145,2

145,4

145,6

145,8

146

146,2

146,4

146,6

146,8

Qo

ut

(kJ/

kg)





81

akan membuat debit udara yang akan melewati evaporator semakin cepat atau

banyak, sehingga evaporator akan lebih banyak menyerap kalor pada variasi ini.

Semakin bertambahnya kecepatan aliran udara juga memberikan dampak pada suhu

kerja rata-rata kondensor. Pada Tabel 4.3 menunjukkan bahwa suhu kerja

kondensor (Tkond) adalah yang tertinggi jika dibandingkan dengan yang lainnya. Hal

ini yang menyebabkan energi kalor yang dilepaskan kondensor lebih banyak pada

variasi kecepatan udara 6,7 m/s.

Gambar 4.5 Kerja kompresor (Win) pada semua variasi penelitian

Kerja kompresor untuk semua variasi dapat dilihat pada Gambar 4.5.

Kompresor bekerja pada tekanan yang berbeda-beda. Tekanan dan kerja kompresor

akan meningkat pada keadaan dan situasi tertentu. Pada penelitian ini kerja

kompresor tertinggi terjadi ketika kecepatan aliran udara 6,7 m/s, sedangan pada

variasi lainnya memiliki kerja kompresor yang lebih rendah. Hal ini terjadi karena

suhu kerja kondensor (Tkond) dan tekanan kerja kondensor (Pkond) lebih tinggi jika

45,2

45,5

45,9

44,8

45

45,2

45,4

45,6

45,8

46

Win

(kJ/

kg)





82

dibandingankan dengan variasi lainnya (Tabel 4.3), sehingga kerja kompresor

menjadi lebih tinggi.

Gambar 4.6 COPideal pada semua variasi

Gambar 4.7 COPaktual pada semua variasi

4,955

4,944

4,946

4,938

4,940

4,942

4,944

4,946

4,948

4,950

4,952

4,954

4,956

CO

Pid

eal




2,221

2,209

2,196

2,180

2,185

2,190

2,195

2,200

2,205

2,210

2,215

2,220

2,225

CO

Pak

tual

kecepatan aliran udara 4,7 m/s




83

Diperbesarnya aliran udara yang melintasi evaporator berdampak pada

COPideal dan COPaktual mesin siklus kompresi uap, hal ini dapat dilihat pada Gambar

4.6 dan Gambar 4.7. Nilai COPideal dan COPaktual tertinggi terjadi ketika mesin

bekerja dengan variasi kecepatan aliran udara 4,7 m/s. Ada beberapa hal yang

mempengaruhi nilai COPideal dan COPaktual diantaranya adalah entalpi dan suhu

kerja mesin siklus kompresi uap. Nilai COPideal adalah COP yang dipengaruhi oleh

suhu evaporasi dan suhu kondensasi. Sedangkan COP yang sebenarnya dilakukan

oleh mesin atau sama dengan perbandingan antara energi yang diserap evaporator

dan kerja kompresor adalah COPaktual. Pada penelitian ini semakin cepat aliran

udara yang dialirkan melewati evaporator maka kerja yang dilakukan kompresor

akan meningkat dan akan berdampak pada COPaktual.

Gambar 4.8 Efisiensi (η) kerja mesin siklus kompresi uap

Gambar 4.8 menunjukkan efisiensi kerja siklus kompresi uap pada semua

varisi yang dilakukan dalam penelitian. Perlakuan tambahan yang diberikan pada

44,83

44,67

44,41

44,1

44,2

44,3

44,4

44,5

44,6

44,7

44,8

44,9

Efi

sien

si (

%)





84

mesin siklus kompresi uap dengan tujuan untuk meningkatkan jumlah air yang

dihasilkan, memberikan dampak kepada efisiensi kerja mesin siklus kompresi uap.

Pada Gambar 4.8 dapat dilihat bahwa efisiensi tertinggi terjadi ketika mesin bekerja

dengan variasi kecepatan aliran udara 4,7 m/s atau kondisi dimana mesin bekerja

mendakati kondisi normal tanpa ada perlakuan tambahan apapun. Perlakuan

tambahan yang diterapkan pada mesin siklus kompresi uap yaitu kecepatan aliran

udara yang melewati evaporator, mengakibatkan beban pendinginan, suhu dan

tekanan kerja mesin menjadi berubah, sehingga mesin tidak bekerja dengan

maksimal.

4.3.2. Pengaruh Kecepatan Aliran Udara yang Dipadatkan terhadap Kondisi

Udara dan Jumlah Air yang Dihasilkan

Perlakuan tambahan pada mesin siklus kompresi uap, memberikan pengaruh

pada jumlah air yang akan dihasilkan. Pada penelitian ini semakin besar kecepatan

aliran udara yang diberikan, maka semakin banyak jumlah air yang dihasilkan.

Gambar 4.9 Laju aliran massa air ( ��𝑎𝑖𝑟) pada semua variasi penelitian

1,713

1,802

1,948

1,55

1,60

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

(kg/j

am)





85

Gambar 4.10 Pertambahan kelembapan spesifik pada semua variasi penelitian

Gambar 4.9 menyajikan laju aliran massa air yang diembunkan, sedangkan

Gambar 4.10 menyajikan pertambahan kelembapan spesifik pada semua variasi

penelitian. Kecepatan aliran udara 6,7 m/s menghasilkan laju aliran massa air yang

diembunkan dan pertambahan kelembapan spesifik yang lebih besar jika

dibandingkan dengan variasi lainnya. Hal ini terjadi karena semakin besar aliran

udara yang diberikan pada mesin siklus kompresi uap, maka udara akan semakin

padat dan proses pemadatannya berjalan lebih cepat jika dibandingkan dengan

variasi penelitian lainnya, dengan kata lain udara akan semakin banyak dan semakin

cepat diembunkan mesin siklus kompresi uap. Oleh karena itu udara akan memiliki

kandungan uap air yang lebih banyak dan laju aliran massa air yang diembunkan

akan semakin meningkat.

0,0051

0,0052

0,0055

0,0049

0,0050

0,0051

0,0052

0,0053

0,0054

0,0055

0,0056

∆w

(kg

air/

kg

udar

a)

Kecapatan aliran udara 4,7 m/s




86

Gambar 4.11 Laju aliran massa udara (��𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎) pada semua variasi penelitian

Gambar 4.11 menunjukkan laju aliran massa udara pada setiap variasi

penelitian. Laju aliran massa udara didapatkan dari perbandingan antara jumlah

massa air yang diembunkan dengan besarnya perubahan kandungan uap air

persatuan massa udara. Pada Gambar 4.11 laju aliran masaa udara tertinggi terjadi

pada variasi kecepatan aliran udara 6,7 m/s. Hal ini terjadi karena jumlah air yang

dapat diembunkan terbanyak terjadi pada variasi kecepatan aliran udara 6,7 m/s,

sehingga nilai laju aliran massa udara pada variasi ini akan memiliki nilai yang

semakin tinggi jika dibandingkan dengan variasi lainnya.

335,9

346,5

354,2

325

330

335

340

345

350

355

360

(kg

udar

a/ja

m)





87

Gambar 4.12 Debit aliran udara (��) pada semua variasi penelitian

Gambar 4.12 menyajikan tentang debit aliran udara yang dihasilkan pada

semua variasi penelitian. Debit aliran udara dipengaruhi oleh laju aliran massa

udara dan massa jenis udara itu sendiri. Pada penelitian ini debit aliran udara

terbesar terjadi ketika menggunakan variasi kecepatan udara 6,7 m/s dan semakin

menurun kecepatan aliran udara yang digunakan, maka semakin menurun juga debit

aliran udara yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena pada variasi kecepatan udara 6,7

m/s memiliki nilai laju aliran massa udara yang lebih tinggi jika dibandingkan

dengan variasi penelitian lainnya.

280,0

288,7

295,2

270,0

275,0

280,0

285,0

290,0

295,0

300,0

𝑣(

m3

/jam

)





88

Gambar 4.13 Jumlah air yang dihasilkan pada ketiga variasi penelitian

Gambar 4.13 menyajikan jumlah air rata-rata yang dihasilkan pada setiap

variasi yang diberikan pada mesin siklus kompresi uap. Pengambilan data

dilakukan setiap 10 menit selama dua jam. Pada Gambar 4.13 dapat dilihat bahwa

mesin menghasilkan air paling banyak pada variasi kecepatan aliran udara 6,7 m/s.

Ada beberapa hal yang mempengaruhi hasil air tersebut, salah satu yang

mempengaruhi adalah udara yang yang dipadatkan pada rungan yang telah

disediakan. Semakin bertambah kecepatan aliran udara untuk memadatkan udara

berdampak pada kelembapan spesifik, laju aliran massa udara dan debit aliran udara

yang dialami oleh mesin siklus kompresi uap. Beberapa hal inilah yang

mengakibatkan massa air yang dapat diembunkan mesin siklus kompresi uap

menjadi meningkat disetiap variasi penelitian.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Vo

lum

e ai

r (m

l)

Waktu (menit)





89

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, kesimpulan dari penelitian ini

adalah :

a. Mesin penghasil air dari udara yang berkerja dengan siklus kompresi uap dapat

bekerja sesuai dengan yang diharapkan.

b. Karakteristik mesin siklus kompresi uap dari mesin penghasil air yang

mengasilkan volume air terbanyak adalah sebagai berikut:

1. Besarnya energi yang digunakan untuk menggerakkan kompresor per

satuan massa refrigeran (Win) adalah 45,9 kJ/kg.

2. Besarnya energi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran

(Qout) adalah 146,7 kJ/kg.

3. Besarnya energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran

(Qin) adalah 100,8 kJ/kg.

4. Nilai COPaktual, COPideal, dan Efisiensi berturut-turut adalah 2,196, 4,946

dan 44,41%.

c. Volum air terbanyak yang dapat dihasilkan oleh mesin penghasil air dari udara

adalah sebanyak 1948 ml/jam. Hasil ini diperoleh pada variasi kecepatan aliran

udara 6,7 m/s

5.2. Saran


90

Setelah melakukan penelitian dan pembahasan, berikut adalah beberapa saran

yang dapat digunakan sebagai pertimbangan guna mengembangkan dan

meningkatkan hasil dari penelitian mesin penghasil air dari udara :

a. Variasi kecepatan aliran udara sebaiknya tidak hanya diterapkan pada

evaporator saja, tetapi juga diterapkan pada kondensor. Hal ini diharapkan

dapat meningkatkan efisiensi kerja siklus kompresi uap dan jumlah air yang

dihasilkan.

b. Sebaiknya sebelum melakukan pengambilan data, semua alat ukur yang

digunakan harus dikalibrasi terlebih dahulu termasuk higrometer, agar semua

data yang ditunjukkan oleh alat ukur menjadi lebih valid.


91

DAFTAR PUSTAKA

Atmospheric Water Generator di https://www.airowater.com/technology (diakses

14 Oktober 2018).

DuPontTM Suva® 410A Pressure-Entalphy Diagram (SI Units)

https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/k05719

_Suva410A_pressure_enthalpy_si.pdf (diakses November 2018)

Effendy, Marwan. (2005). “Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin Kondensor

Terhadap Koefisien Prestasi Air Conditioning” : Jurnal Teknik Gelagar,

vol. 16. Nomor 01, April.

Gunawan, Ricky. (1988). Pengantar Teori Teknik Pendinginan (Refrigerasi).

Jakarta. Proyek Pengembangan Lembaga Pendidikan Tenaga

Kependidikan

Jaring penangkap air dari kabut di https://properti.kompas.com/read//jaring.

ini.mampu.ubah.kabut.jadi.air.minum (diakses 11 Oktober 2018)

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

Mengalirkan Udara Melintasi Kondensor terhadap COP dan Efisiensi

Mesin Pendingin Showcase” : Teknik Mesin – Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta. Yogyakarta.

Poernomo, Heroe. (2015). “Analisis Karakteristik Unjuk Kerja Sistem Pendingin

(Air Condotioning) Yang Menggunakan Freon R-22 Berdasarkan Pada

Variasi Putaran Kipas Pendingin Kondensor” : Kapal, vol. 12. Nomor 1,

Februari.

Reinhard K, Radermacher dan Hizham, Fawzi. (2001). “Device For Collecting

Water From Air” : International Search Report, WO 01/84066 A1,

November.

Siagian, Saut. (2015). “Analisis Karakteristik Unjuk Kerja Kondensor Pada

Sistem Pendingin (Air Conditioning) Yang Menggunakan Freon R-134 a


https://www.airowater.com/technology

https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/k05719_Suva410A_pressure_enthalpy_si.pdf

https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/k05719_Suva410A_pressure_enthalpy_si.pdf

https://properti.kompas.com/read/jaring.%20ini.mampu.ubah.kabut.jadi.air.minum

https://properti.kompas.com/read/jaring.%20ini.mampu.ubah.kabut.jadi.air.minum

92

Bersadarkan Pada Variasi Putaran Kipas Pendingin” : Bina Teknika, vol.

11. Nomor 2, Desember.

Stoecker, Wilbert F dan Jones, Jerold W. 1989. Refrigerasi dan Pengkondisian

Udara. Jakarta. Erlangga.

Tabel Suva® 410A Saturation Properties-Temperature Table di

https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/h64423

_Suva410A_thermo_prop_si.pdf (diakses 22 November 2018).

Whitten, T., Soeriaatmadja, RE., & Afiff, SA. (1999). Ekologi Jawa dan Bali.

Alih bahasa oleh Kartikasari, S.N, Utami, T.B, & Widyantoro, A. Jakarta:

Prenhallindo.


https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/h64423_Suva410A_thermo_prop_si.pdf

https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/h64423_Suva410A_thermo_prop_si.pdf

93

LAMPIRAN

Gam

bar

L.1

Dia

gra

m p

-h b

erdas

arkan

dat

a kec

epat

an a

lira

n u

dar

a 4,7

m/s

Tk

ond

Tev

ap

1

3

2

Pev

ap

Pk

ond


94

Gam

bar

L2

Dia

gra

m p

-h b

erdas

arkan

dat

a kec

epat

an a

lira

n u

dar

a 5,8

m/s

Tk

ond

Tev

ap

1

3

2

Pev

ap

Pk

ond


95

Gam

bar

L.3

Dia

gra

m p

-h b

erdas

arkan

dat

a kec

epat

an a

lira

n u

dar

a 6

,7 m

/s

Tk

ond

Tev

ap

1

3

2

Pev

ap

Pk

ond


96

Gam

bar

L.4

Psy

chro

met

ric

chart

ber

das

arkan

dat

a kec

epat

an a

lira

n u

dar

a 4

,7 m

/s

Tk

ond

Tev

ap

A

E

D

C

B


97

Gam

bar

L.5

Psy

chro

met

ric

chart

ber

das

arkan

dat

a kec

epat

an a

lira

n u

dar

a 5

,8 m

/s

Tk

ond

Tev

ap

A

E

D

C

B


98

Gam

bar

L.6

Psy

chro

met

ric

chart

ber

das

arkan

dat

a kec

epat

an a

lira

n u

dar

a 6

,7 m

/s

Tk

ond

Tev

ap

A

E

D

C

B


99

Gambar L.7 Suva® 410A Saturation Properties-Temperature Table


100

Gambar L.8 Suva® 410A Saturation Properties-Temperature Table


PENGARUH KECEPATAN ALIRAN UDARA TERHADAP …repository.usd.ac.id/33085/2/155214077_full.pdf ·...

Documents

Transcript of PENGARUH KECEPATAN ALIRAN UDARA TERHADAP …repository.usd.ac.id/33085/2/155214077_full.pdf ·...