PENGARUH KECEPATAN PUTARAN KIPAS UDARA SEGAR …repository.usd.ac.id/34775/2/155214090_full.pdf ·...

i

PENGARUH KECEPATAN PUTARAN KIPAS UDARA SEGAR

TERHADAP KARAKTERISTIK WATER CHILLER 1/2 PK

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin

Oleh :

BERNARDUS ANGGI DWI RIZKIANTO

NIM : 155214090

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

EFFECT OF THE FRESH AIR FAN SPEED ON THE

CHARACTERISTICS OF WATER CHILLER 1/2 PK

FINAL PROJECT

As partial fullfilment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By:


Student Number: 155214090

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019


iii



Disusun Oleh:


NIM: 155214090

Telah disetujui oleh:

Yogyakarta, 29 Mei 2019

Dosen Pembimbing Skripsi

Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T.


iv



Dipersiapkan dan disusun Oleh :

NAMA : BERNARDUS ANGGI DWI RIZKIANTO

NIM : 155214090

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Pada tanggal 29 Mei 2019

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Ir. Dr. YB Lukiyanto, M.T. ...........................

Sekretaris : Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. ...........................

Anggota : Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. ...........................

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik


Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan

Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph. D.


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan

Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis

diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.


Bernardus Anggi Dwi Rizkianto


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma :

Nama : Bernardus Anggi Dwi Rizkianto

NIM : 155214090

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Pengaruh Kecepatan Putaran Kipas Udara Segar terhadap Karakteristik

Water Chiller 1/2 PK

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media lain, mengolahnya di internet atau media lain untuk

kepentingan akademis tanpa perlu ijin dari saya maupun memberikan royalti

kepada saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.


Yang menyatakan,

Bernardus Anggi Dwi Rizkianto


vii

ABSTRAK

Solusi dari permasalahan panasnya suhu udara di wilayah indonesia kini

dapat diatasi dengan pembuatan suatu alat yang bisa mendinginkan udara

didalam ruangan. Alat tersebut adalah mesin pendingin water chiller. Tujuan dari

penelitian ini adalah : (a) merancang dan merakit water chiller yang bekerja

dengan siklus kompresi uap, (b) mengetahui karakteristik water chiller yang

telah dibuat atau dirakit : (1) nilai Win, (2) nilai Qout, (3) nilai Qin, (4) nilai

COPaktual, COPideal, dan Efisiensi, (5) laju aliran massa refrigeran(ṁ). Penelitian dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Mesin pendingin water chiller ini

berjenis sistem tertutup. Dengan menggunakan komponen dari mesin AC dan

Kulkas ½ PK, dan tambahan dua kipas yang digunakan untuk menyedot dan

menghembuskan udara dengan daya 6,5 watt. Refrigeran yang digunakan adalah

R-410. Variasi pada penelitian adalah kecepatan putaran kipas udara segar 800

rpm, 1140 rpm, 1380 rpm.

Dari hasil penelitian diperoleh : (a) mesin pendingin water chiller dapat

bekerja dengan baik (b) mengetahui karakteristik water chiller meliputi : (1) nilai

Win tertinggi yang dapat dicapai oleh water chiller sebesar 23,05 kJ/kg yang

didapat dari variasi putaran kipas udara segar 800 rpm, (2) Nilai Qout tertinggi

yang dapat dicapai oleh water chiller sebesar 176,46 kJ/kg yang didapat dari

variasi putaran kipas udara segar 1380 rpm, (3) Nilai Qin tertinggi yang dapat

dicapai oleh mesin water chiller sebesar 153,53 kJ/kg yang didapat dari variasi

putaran kipas udara segar 1380 rpm, (4) Nilai COPaktual tertinggi yang dapat

dicapai oleh water chiller sebesar 6,75 yang didapat dari variasi putaran kipas

udara segar 1140 rpm, Nilai COPideal tertinggi yang dapat dicapai oleh water

chiller sebesar 8,74 yang didapat dari variasi putaran kipas udara segar 1140

rpm, Nilai efisiensi tertinggi yang dapat dicapai oleh water chiller sebesar 77,45

% yang didapat dari variasi putaran kipas udara segar 1380 cm, laju aliran massa

refrigeran(ṁ) yang dapat dicapai oleh water chiller sebesar 0,0125 kg/s yang didapat dari variasi putaran kipas udara segar 1140 rpm.

Kata kunci : Mesin water chiller, kelembapan udara, siklus kompresi uap.


viii

ABSTRACT

The solution to the problem of heat in the Indonesian region can now be

overcome by making a device that can cool the air in the room. The tool is a

water chiller cooling machine. The objectives of this study are: (a) designing and

assembling water chillers that work with vapor compression cycles, (b) knowing

the characteristics of water chillers that have been made or assembled: (1) Win

values, (2) Qout values, (3) values Qin, (4) COPactual, COPideal, and Efficiency

values, (5) refrigerant mass flow rate (ṁ).

The study was conducted experimentally at the Mechanical Engineering

Laboratory of Sanata Dharma University, Yogyakarta. This water chiller cooling

machine is a closed system type. By using components from the AC and Fridge

engines of 1/2 PK, and additional two fans are used to suck and blow air with the

power 6,5 watt. The refrigerant used is R-410. Variations in the study are the

speed of fan fresh air 800 rpm, 1140 rpm and 1380 rpm.

From the results of the study obtained: (a) the water chiller cooling

machine can work well (b) knowing the water chiller characteristics include: (1)

the highest Win value that can be achieved by a water chiller of 23,05 kJ/kg

obtained from variations in the rotation of the fresh air fan 800 rpm, (2) The

highest Qout value that can be achieved by a water chiller is 176,46 kJ/kg

obtained from variations in the fresh air fan rotation 1380 rpm, (3) The highest

Qin value that can be achieved by a water chiller machine is 153,53 kJ/kg

obtained from variations in the fan rotation of fresh air 1380 rpm, (4 ) The

highest COPactual value that can be achieved by a water chiller is 6,75 obtained

from variations in the fan rotation of fresh air 1140 rpm, the highest COPideal

value that can be achieved by a water chiller is 8,74 obtained from variations in

the fresh air fan rotation of fresh air 1140 rpm, the highest efficiency value that

can be achieved by a water chiller of 77,45 % is obtained from variations in the

rotation of the fresh air fan 1380 rpm, the mass flow rate of the refrigerant (ṁ)

that can be achieved by a water chiller of 0,0125 kg/s obtained from variations in

the fan rotation of fresh air 1140 rpm.

Keywords: Water chiller machine, air humidity, vapor compression cycle


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

limpahan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan

baik dan tepat pada waktunya.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib bagi setiap mahasiswa

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

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

Berkat bimbingan, nasehat, dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak,

akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Oleh karena itu,

dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan terima kasih

sebesar-besarnya kepada :

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

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta dan

sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.

3. Ir. Dr. YB Lukiyanto, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

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

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

5. Antonius Daryanto dan Dra. Sri Indarti sebagai orang tua yang selalu

memberi semangat dan dorongan baik berupa materi maupun spiritual.

6. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas semua ilmu yang telah diberikan

kepada penulis selama perkuliahan.

7. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi, yang telah membantu penulis selama perkuliahan hingga

selesainya penulisan skripsi ini.


x

8. Whandy Bagus Saputro, Andika Permana dan Maulana Yusuf Bachtiar selaku

teman satu tim dalam pembuatan alat.

9. Semua teman-teman Teknik Mesin dan pihak yang tidak dapat penulis

sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan moril maupun materi

sehingga proses penyelesaian skripsi ini berjalan dengan baik.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidaklah

sempurna, karena tidak ada gading yang retak sehingga kritik dan saran yang

membangun dari pembaca sangat diharapkan demi penyempurnaan skripsi ini

dikemudian hari. Akhirnya, besar harapan penulis agar skripsi ini dapat

bermanfaat bagi kita semua.


Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

TITTLE PAGE ......................................................................................................... ii

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

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

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

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ILMIAH ......................................... vi

ABSTRAK ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ........................................................................................................... viii

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

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

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv

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

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

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

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

1.3. Tujuan Penelitian .................................................................................... 2


xii

1.4. Batasan Masalah ..................................................................................... 3

1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................. 3

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ........................................ 4

2.1. Dasar Teori ............................................................................................. 4

2.1.1. Prinsip Kerja Mesin Pendingin ....................................................... 4

2.1.2. Siklus Kompresi Uap ...................................................................... 5

2.1.2.1. Rangkaian Siklus Kompresi Uap .......................................... 5

2.1.2.2. Siklus Kompresi Uap Pada Diagram P-h dan Diagram T-s.. 6

2.1.2.3. Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap ............................... 9

2.1.2.4. Komponen-komponen Siklus Kompresi Uap ..................... 13

2.1.3. Psychrometric Chart ..................................................................... 23

2.1.3.1. Parameter-Parameter Udara pada Psychrometric Chart ..... 24

2.1.3.2. Proses-proses Yang Terjadi pada Udara dalam

Psychrometric Chart .......................................................... 26

2.1.3.3. Proses-proses Yang Terjadi pada Mesin Water Chiller pada

Psychrometric Chart .......................................................... 31

2.2. Tinjauan Pustaka ................................................................................... 34


xiii

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 37

3.1. Objek Penelitian.................................................................................... 37

3.2. Alat dan Bahan Mesin Water Chiller ................................................... 38

3.2.1. Alat ................................................................................................ 38

3.2.2. Bahan ............................................................................................ 41

3.2.3. Alat Bantu Penelitian .................................................................... 50

3.3. Alur Pelaksanaan Penelitian ................................................................. 52

3.3.1. Pembuatan Mesin Water Chiller ................................................... 53

3.4. Metode Penelitian ................................................................................. 53

3.5. Variasi Penelitian .................................................................................. 53

3.6. Skematik Pengambilan Data ................................................................. 54

3.7. Cara Pengambilan Data ........................................................................ 55

3.8. Cara Pengolahan Data........................................................................... 56

3.9. Cara Mendapatkan Kesimpulan ............................................................ 57

BAB IV HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ......... 58

4.1. Hasil Penelitian ..................................................................................... 58

4.2. Perhitungan ........................................................................................... 62


xiv

4.2.1. Analisa Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h ......................... 62

4.2.1.1. Perhitungan pada Diagram P-h ........................................... 64

4.2.2. Data pada Psychrometric Chart .................................................... 70

4.3. Pembahasan .......................................................................................... 72

4.3.1. Pengaruh Kecepatan Putaran Kipas Udara Segar terhadap Siklus

Kompresi Uap ................................................................................ 72

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 78

5.1. Kesimpulan ........................................................................................... 78

5.2. Saran ..................................................................................................... 79

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 40

LAMPIRAN .......................................................................................................... 80


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Prinsip kerja mesin pendingin ............................................................ 4

Gambar 2.2. Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap ............................. 5

Gambar 2.3. Siklus kompresi uap diagram P-h....................................................... 6

Gambar 2.4. Siklus kompresi uap diagram T-s ....................................................... 7

Gambar 2.5. Kompresor open type ....................................................................... 14

Gambar 2.6. Kompresor scroll .............................................................................. 15

Gambar 2.7. Kompresor semi hermetik ................................................................ 16

Gambar 2.8. Kompresor hermetik ......................................................................... 17

Gambar 2.9. Natural draught condensor ............................................................... 19

Gambar 2.10. Force draught condensor ................................................................ 19

Gambar 2.11. Evaporator jenis pipa dengan sirip ................................................. 21

Gambar 2.12. Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat .............................. 21

Gambar 2.13. Evaporator jenis plat....................................................................... 22

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

Gambar 2.15. Refrigeran ....................................................................................... 23

Gambar 2.16. Psycrometric chart ......................................................................... 24


xvi

Gambar 2.17. Proses-proses udara yang terjadi dalam psychrometric chart ........ 27

Gambar 2.18. Proses cooling and dehumidifying ................................................. 27

Gambar 2.19. Proses sensible heating .................................................................. 28

Gambar 2.20. Proses cooling and humidifying ..................................................... 28

Gambar 2.21. Proses sensible cooling .................................................................. 29

Gambar 2.22. Proses humidifying ......................................................................... 29

Gambar 2.23. Proses dehumidifying ..................................................................... 30

Gambar 2.24. Proses heating and dehumidifying ................................................. 30

Gambar 2.25. Proses heating and humidifying ..................................................... 31

Gambar 2.26. Proses udara yang terjadi pada mesin water chiller ....................... 32

Gambar 2.27. Proses-proses udara yang terjadi dalam mesin water chiller pada

psychrometric chart ....................................................................... 32

Gambar 3.1.Skematik mesin water chiller ............................................................ 37

Gambar 3.2. Tube cutter....................................................................................... 39

Gambar 3.3. Gas las .............................................................................................. 40

Gambar 3.4. Manifold gauge ................................................................................ 41

Gambar 3.5. Tang ampere ..................................................................................... 41

Gambar 3.6. Kayu reng ......................................................................................... 42


xvii

Gambar 3.7. Kompresor rotary ............................................................................. 43

Gambar 3.8. Kondensor ........................................................................................ 44

Gambar 3.9. Pipa kapiler ....................................................................................... 45

Gambar 3.10. Evaporator jenis pipa bersirip ........................................................ 45

Gambar 3.11. Evaporator 2 ................................................................................... 46

Gambar 3.12. Pompa air........................................................................................ 46

Gambar 3.13. Pipa air............................................................................................ 47

Gambar 3.14. Refrigeran ....................................................................................... 47

Gambar 3.15. Alumunium foil .............................................................................. 48

Gambar 3.16. Kipas pendingin ............................................................................. 49

Gambar 3.17. Bak air ............................................................................................ 50

Gambar 3.18. APPA dan termokopel .................................................................... 50

Gambar 3.19. Hygrometer..................................................................................... 51

Gambar 3.20. Stopwatch ....................................................................................... 51

Gambar 3.21. Alur pelaksanaan penelitian ........................................................... 52

Gambar 3.22. Skematik pengambilan data ........................................................... 54

Gambar 3.23. Cara mendapatkan h1, h2, h3, dan h4 pada diagram P-h .................. 57


xviii

Gambar 4.1.Diagram P-h berdasarkan variasi kecepatan udara segar 800 rpm.... 63

Gambar 4.2.Siklus udara pada psychrometric chart variasi kecepatan 800 rpm .. 71

Gambar 4.3.Energi kalor yang diserap oleh evaporator untuk semua variasi ....... 73

Gambar 4.4.Energi kalor yang dilepas oleh kondensor untuk semua variasi ....... 73

Gambar 4.5. Kerja kompresor untuk semua variasi .............................................. 74

Gambar 4.6.COPaktual untuk semua variasi ........................................................... 75

Gambar 4.7. COPideal untuk semua variasi ............................................................ 75

Gambar 4.8. Efisiensi mesin water chiller ............................................................ 76

Gambar 4.9. Laju aliran massa refrigeran untuk semua variasi ............................ 77


xix

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Spesifikasi kipas ................................................................................... 49

Tabel 3.2. Variasi penelitian ................................................................................. 54

Tabel 3.3. Tabel pengambilan data ....................................................................... 56

Tabel 4.1. Data hasil penelitian dengan kecepatan putaran kipas udara segar 800

rpm ........................................................................................................ 59


rpm ........................................................................................................ 60


rpm ........................................................................................................ 61

Tabel 4.4. Nilai tekanan dan entalpi semua variasi ............................................... 63

Tabel 4.5. Nilai Qin untuk semua variasi ............................................................... 65

Tabel 4.6. Nilai Qout untuk semua variasi ............................................................. 65

Tabel 4.7. Hasil perhitungan Win untuk semua variasi ......................................... 66

Tabel 4.8. Hasil perhitungan nilai COPaktual untuk semua variasi ......................... 67

Tabel 4.9. Hasil perhitungan niali COPideal untuk semua variasi .......................... 69

Tabel 4.10. Hasil perhitungan efisiensi untuk semua variasi ................................ 69

Tabel 4.11. Hasil perhitungan laju aliran massa refrigeran untuk semua varasi ... 70


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Di zaman yang modern ini teknologi berkembang sangat pesat, kemajuan

teknologi yang terus terjadi terutama dalam kecanggihan alat-alat pedingin

ruangan. Banyak macam pendingin ruangan yang dapat berguna bagi kebutuhan

hidup manusia. Semua kebutuhan manusia berusaha untuk dikembangkan agar

menjadi teknologi tepat guna. Agar semua bisa menjadi apa yang diinginkan,

maka manusia berlomba-lomba untuk membuat teknologi yang sesuai dengan

kebutuhannya. Seiring berkembangnya teknologi yang bermanfaat bagi manusia

seperti AC ruangan, masyarakat berlomba-lomba menaikkan kualitas teknologi

yang semakin maju dan berkembang.

Dengan permasalahan yang terjadi, manusia membuat berbagai macam

pendingin ruangan seperti water chiller. Water chiller itu sendiri berguna untuk

mendinginkan ruangan seperti di hotel, mall, dan rumah sakit yang mempunyai

banyak ruangan. Sistem water chiller menggunakan refrigeran sekunder berupa

air untuk mendinginkan udara yang berada di dalam ruangan. Refrigeran primer

dari water chiller mempergunakan freon dan refrigeran sekunder mempergunakan

air. Dengan mengacu persoalan diatas, maka penulis tertarik untuk melakukan

sebuah penelitian model water chiller yang dapat mendinginkan ruangan dengan


2

refrigeran sekunder berupa air. Lalu air dingin tersebut dihembuskan ke dalam

ruangan sebagai pendingin.

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dinyatakan dengan pertanyaan-pertanyaan sebagai

berikut :

a. Bagaimanakah merancang dan merakit model water chiller yang bekerja

dengan siklus kompresi uap yang dipergunakan untuk pengkondisian udara

di dalam ruangan?

b. Bagaimanakah karakteristik dari model water chiller yang telah dibuatnya?

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

a. Merancang dan merakit model water chiller yang bekerja dengan siklus

kompresi uap yang digunakan untuk mengkondisikan udara.

b. Mengetahui karakteristik model water chiller yang telah dibuatnya meliputi :

1. Besarnya kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win).

2. Besarnya kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout).

3. Besarnya kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)

4. Besarnya actual coefficient of perfomance (COPaktual).

5. Besarnya COPideal water chiller.

6. Besarnya efisiensi water chiller.

7. Menghitung laju aliran massa refrigeran.


3

1.4. Batasan Masalah

Batasan yang digunakan di dalam pembuatan model chiller yang bekerja

dengan kompresi uap adalah:

a. Komponen utama chiller yang terdiri dari kompresor, kondensor, pipa

kapiler, evaporator, filter, dan komponen pendukung : tempat pendinginan

air, pompa, dan sistem perpipaan.

b. Kompresor dan kondensor dengan daya 1/2 PK, Jenis kompresor rotary.

Ukuran komponen utama yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya

kompresor.

c. Refrigeran dalam mesin pendingin adalah R410.

d. Pipa kapiler dengan panjang 1,25 m dan diameter 0,054 inchi.

e. Beban pendinginan yang digunakan adalah air dengan volume 20 liter yang

di tempatkan di ruang pendingin.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat pelaksanaan pengujian mesin pendingin water chiller ini adalah :

a. Mempunyai pengalaman dalam pembuatan water chiller untuk

pengkondisian udara.

b. Mampu memahami karakteristik water chiller untuk pengkondisian udara.

c. Dapat digunakan sebagai referensi bagi yang ingin membuat water chiller.

d. Hasil penelitian dapat digunakan untuk menambah kasanah ilmu

pengetahuan yang dapat ditempatkan di perpustakaan atau dipublikasi pada

khalayak ramai.


4

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Prinsip Kerja Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah peralatan yang berfungsi untuk memindahkan

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

bersuhu rendah kemudian dipindahkan ke lingkungan bersuhu tinggi. Mesin

pendingin yang mempergunakan siklus kompresi uap mempunyai komponen

utama yaitu : kompresor, evaporator, kondensor, dan katup ekspansi atau pipa

kapiler. Fluida yang dipergunakan pada siklus kompresi uap dinamakan dengan

refrigeran. Gambar 2.1 memperlihatkan prinsip dasar kerja mesin pendingin.

Gambar 2. 1 Prinsip Kerja Mesin Pendingin

Qout

Lingkungan bersuhu

tinggi

Mesin

pendingin

Lingkungan bersuhu

rendah

Qin

Win


5

Mesin pendingin telah digunakan dalam banyak hal. Diantaranya sebagai

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

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

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

sekarang ini, manusia telah merasakan dampak positif dari teknologi mesin

pendingin.

2.1.2 Siklus Kompresi Uap

2.1.2.1 Rangkaian Komponen Siklus Kompresi Uap

Rangkaian komponen pada siklus kompresi uap dapat dilihat pada Gambar

2.2. Komponen utama siklus kompresi uap meliputi : kompresor, kondensor, pipa

kapiler dan evaporator.

Gambar 2. 2 Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap

3

4 1

2

Qout

Qin

kondensor

pipa kapiler

evaporator

kompresor

Win


6

h3=h4 h1 h2 entalpi

P

1a 1

3a

Siklus refrigeran berlangsung dari kompresor menuju kondensor, dari

kondensor menuju pipa kapiler, dari pipa kapiler menuju evaporator dan dari

evaporator kembali menuju kompresor. Qin adalah besarnya kalor yang diserap

evaporator persatuan massa refrigeran. Qout adalah besarnya kalor yang dilepas

kondensor persatuan massa refrigeran dan Win adalah kerja kompresor persatuan

massa refrigeran.

2.1.2.2 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 2.3 dan Gambar 2.4. Proses-proses yang terjadi pada

siklus kompresi uap adalah (a) proses kompresi, (b) proses desuperheating, (c)

proses kondensasi, (d) proses pendinginan lanjut, (e) proses penurunan tekanan,

(f) proses evaporasi, dan (g) proses pemanasan lanjut (superheating).

Gambar 2. 3 Siklus kompresi uap diagram P-h

h

3

4

2a 2

Qout

Qin

Win

Tek

anan


7

4

2a

1a

1

3a

Entropi

Gambar 2. 4 Siklus kompresi uap diagram T-s

a. Proses kompresi (1-2)

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

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

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

bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi gas

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

maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat.

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

Proses pendinginan dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada

tahap 2 – 2a. Proses ini juga dinamakan desuperheating. Refrigeran mengalami

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

s

3

2 Qout

Qin

Win

T T

emper

atur


8

mengalir dari refrigeran ke lingkungan karena suhu refrigeran lebih tinggi dari

suhu lingkungan.

c. Proses kondensasi (2a-3a)

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

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

jenuh. Proses berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi

aliran kalor dari kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari

suhu udara lingkungan.

d. Proses pendinginan lanjut (3a – 3)

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

lanjut merupakan proses penurunan suhu refrigeran pada keadaan refrigeran cair.

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

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

memudahkan mengalir di dalam pipa kapiler.

e. Proses penurunan tekanan (3-4)

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

kapiler secara isoentalpi (entalpi sama). Dalam fasa cair, refrigeran mengalir

menuju ke komponen pipa kapiler dan mengalami penurunan tekanan dan suhu.

Sehingga suhu dari refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap

ini fasa berubah dari cair menjadi fase campuran cair dan gas.


9

f. Proses penguapan/evaporasi ( 4 – 1a)

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

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

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

dari lingkungan, sehingga akan mengubah seluruh fasa fluida dari refrigeran

berubah menjadi gas jenuh.

g. Proses pemanasan lanjut (1a – 1)

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

proses dimana uap refrigeran yang meninggalkan evaporator akan mengalami

pemanasan lanjut sebelum memasuki kompresor. Hal ini di maksudkan agar

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

berjalan dengan baik dan kerja kompresor menjadi ringan.

2.1.2.3 Perhitungan pada Siklus Kompresi uap

Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk

menganalisa unjuk kerja mesin pendingin kompresi uap yang meliputi kerja

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

COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran.

a. Kerja kompresor (Win).

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi

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

Win = h2-h1 ...(2.1)


10

Pada Persamaan (2.1) :

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

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

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

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

Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor

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

dengan Persamaan (2.2) :

Qout = h2-h3 ...(2.2)


Qout : Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran

(kJ/kg).

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

h3 : Nilai entalpi refrigeran keluar kondensor atau masuk pipa kapiler

(kJ/kg).

c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin).

Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran

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

dihitung dengan Persamaan (2.3) :

Qin = h1-h4 ...(2.3)


11


Qin : Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran

(kJ/kg).

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

entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg).

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

entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Nilai h4= h3 (kJ/kg).

d. Coefficient of Performance actual ( COPaktual).

Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah perbandingan antara

kalor yang diserap evaporator dengan kerja yang yang diberikan kompresor.

Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator dibagi kerja kompresi,

dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) :

COPaktual = (Qin/Win) =[ (h1-h4) / (h2-h3)] ...(2.4)


Qin : Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran

(kJ/kg).

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

h1 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan

nilai entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg).


12

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

h4 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan

nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Nilai h4= h3 (kJ/kg).

e. Coefficient Of Performance ideal (COPideal).

Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung

dengan Persamaan (2.5) berikut ini :

COPideal = (Tevap) / (Tcond-Tevap) ...(2.5)


COPideal : Koefisien prestasi ideal.

Tcond : Suhu kerja mutlak kondensor (K).

Tevap : Suhu kerja mutlak evaporator (K).

f. Efisiensi mesin kompresi uap (η).

Efisiensi mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.6) :

ɳ = (COPaktual / COPideal) x 100% ...(2.6)


COPaktual : Koefisien prestasi aktual mesin kompresi uap.

COPideal : Koefisien prestasi ideal mesin kompresi uap.

g. Daya Kompresor Mesin (P)


13

Daya untuk kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7) :

P = V × I ...(2.7)


P : daya kompresor (J/det).

V : voltage (volt).

I : arus listrik kompresor (A).

h. Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁ).

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

ṁ = (V x I) / (Win x 1000) ...(2.8)


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

I : arus listrik (A).

V : voltage (volt).

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

2.1.2.4 Komponen-komponen Siklus Kompresi Uap

Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri dari

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

siklus kompresi uap terdiri dari filter, thermostat dan kipas.


14

a. Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang

berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasi refrigeran yang mengalir

dalam unit mesin pendingin. Dari cara kerja mensirkulasikan refrigeran,

kompresor dapat dikalsifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu :

1. Kompresor Open Unit (open type compresor)

Pada jenis kompresor ini letak kompresor terpisah dari tenaga

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

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

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

tersebut. Melalui belt puli dihubungkan dengan tenaga penggeraknya. Karena

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

refrigeran tidak bocor keluar.

Gambar 2. 5 Kompresor Open Type

(https://hvactutorial.files.wordpress.com/2012/03/bitzer-open-type-.jpg)


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

15

2. Kompresor Sentrifugal

Prinsip dari kompresor sentrifugal adalah menggunakan gaya sentrifugal

untuk mendapatkan energi kinetik pada impeller sudu dan energi kinetik ini

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

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

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

kompresor untuk diubah menjadi tekanan yang bertambah.

3. Kompresor Scroll

Prinsip kerja dari kompresor scroll adalah menggunakan dua buah scroll

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

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

dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya pada pusat orbit dari scroll

tersebut.

Gambar 2.6 Kompresor scroll

(www.indotrading.com)


16

4. Kompresor Sekrup

Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor dan meninggalkan

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

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

terkurung digerakan mengelilingi rumah kompresor. Pada putaran selanjutnya

terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga

memperkecil volume rongga dan menekan refrigeran tersebut keluar melalui

saluran buang.

5. Kompresor Semi Hermetik

Pada kontruksi semi hermetik bagian kompresor dan elektro motor

masing-masing berdiri sendiri dalam keadaan terpisah. Untuk menggerakan

kompresor poros motor listrik dihubungkan dengan poros kompresornya

langsung.

Gambar 2.7 Kompresor semi hermetik

(www.indotrading.com)


17

6. Kompresor Hermetik

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

perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja) kompresor

dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetik dipergunakan

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

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

dapat dibuka. Sebaliknya dengan kompresor hermetic, rumah kompresor dibuat

dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor

listriknya tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor.

Gambar 2.8 Kompresor Hermetik

(http://hzqjcc.id.bossgoo.com)

b. Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas

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

banyak digunakan pada teknologi saat ini adalah kondensor dengan pendingin


18

udara. Kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak

memerlukan perawatan khusus. Saat mesin pendingin bekerja, kondensor akan

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

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

bertekanan tinggi harus dibuang keluar dari sistem. Kondensor mempunyai fungsi

melepaskan panas yang diserap refrigeran di evaporator dan kerja kompresor

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

dibedakan 2 macam yaitu:

1. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)

Air cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan udara sebagai

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

Draught Condenser (2) Force Draught Condenser.

a. Natural Draught Condenser

Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi

bebas atau konveksi alami. Aliran udara berlangsung karenanya adanya beda

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

menggerakan aliran udara . Kondensor jenis ini dapat ditemui pada kondensor

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


19

Gambar 2.9 Natural Draught Condensor

(http://fazarjaya.blogspot.com)

b. Force Draught Condenser

Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi

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

ditemui pada mesin kulkas dua pintu maupun pada mesin AC.

Gambar 2.10 Force Draught Condensor

(http://wongsocool.com)


http://fazarjaya.blogspot.com/http://wongsocool.com/

20

2. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)

Water cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan air sebagai

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

menjadi dua jenis yaitu :

a. Wate Water System

Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan

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

setelah itu air dibuang keluar dan tidak dipergunakan lagi.

b. Recirculating Water System

Suatu sistem dimana air yang di pergunakan untuk mendinginkan

kondensor dan telah meninggalkan kondensor disalurkan ke dalam cooling tower,

untuk diturunkan temperaturnya sesuai pada temperatur yang dikehendaki.

Selanjutnya air dipergunakan lagi dan di beri kembali ke kondensor.

c. Evaporator

Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas,atau

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

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

tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur

sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan

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


21

jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin siklus kompresi uap adalah

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

Gambar 2.11 Evaporator jenis pipa dengan sirip

(https://indonesian.alibaba.com)

Gambar 2.12 Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat

(https://encrypted-tbn0.gstatic.com)


https://encrypted-tbn0.gstatic.com/

22

Gambar 2.13 Evaporator jenis plat

(https://tommyji.en.made-in-china.com)

d. Pipa kapiler

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran pada siklus

kompresi uap yang ditempatkan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan

rendah.Penggunaan pipa kapiler pada mesin siklus kompresi uap mempermudah

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

Gambar 2.14 Pipa kapiler



23

e. Refrigeran

Refrigeran adalah fluida kerja mesin pendingin yang berfungsi untuk

menyerap kalor dari suatu benda. Refrigeran dapat dipakai sebagai fluida kerja

mesin pendingin siklus kompresi uap apabila memenuhi sifat-sifat aman seperti

tidak mudah terbakar, tidak beracun, tidak menyebabkan korosi pada logam yang

dipakai pada sistem mesin pendingin dan tidak berkontaminasi dengan produk

apapun. Refrigeran dipilih sebagai fluida kerja karena memiliki titik didih yang

rendah serta tidak membutuhkan waktu yang lama dan tekanan yang tinggi untuk

menaikkan suhu fluida kerja.

Gambar 2.15 Refrigeran

(https://www.indiamart.com)

2.1.3 Psychrometric Chart

Psychrometric chart merupakan grafik termodinamis udara yang

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

Dengan Psychrometric chart dapat diketahui hubungan antara berbagai

parameterudara secara cepat dan cukup presisi. Untuk mengetahui nilai dari

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

buah parameter tersebut sudah diketahui.


24

2.1.3.1 Parameter-parameter Udara pada Psychrometric Chart

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

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

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

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

Gambar 2.18.

Gambar 2.16 Psychrometric chart

(http://www.ref-wiki.com/img_article/163e.jpg)

a. Dry-bulb Temperature (Tdb)

Dry-bulb Temperature adalah suhu udara pada keadaan kering yang

diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb

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

yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terdapat di bagian bawah

psychrometric chart.


25

b. Wet-bulb Temperature (Twb)

Wet-bulb Temperature adalah suhu udara pada keadaan kering yang

diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb

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

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


c. Dew-point Temperature (Tdp)

Dew-point Temperature adalah suhu dimana udara mulai menunjukkan

terjadinya pengembunan ketika didinginkan/diturunkan suhunya dan

menyebabkan adanya perubahan kandungan uap air di udara. Tdp ditandai

sepanjang titik saturasi.

d. Specific Humidity (W)

Specific Humidity adalah jumlah uap air yang terkandung di udara dalam

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

W diposisikan pada garis sumbu vertikal yang berada di samping kanan


e. Relative Humidity (%RH)

Relative Humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung dalam

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

3 dalam

bentuk persentase.


26

f. Enthalpy (H)

Enthalpy adalah jumlah panas total yang terkandung dalam campuran

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

g. Volume Spesific (SpV)

Volume Spesific adalah volume dari udara campuran dengan satuan meter

kubik persatuan kilogram udara kering.

2.1.3.2 Proses-proses Yang Terjadi pada Udara dalam Psychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychometric chart adalah

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

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

pendinginan dan menaikkan kelembapan (cooling and humidifying), (d) proses

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

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

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

humidifying). Proses-proses ini dapat dilihat seperti pada Gambar 2.19.


27

Gambar 2.17 Proses-proses udara yang terjadi dalam Psychrometric chart

(https://sustainabilityworkshop.autodesk.com /psycrometric_porcess.jpg)

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

Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and

dehumidifying) adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten

ke udara. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur pada bola kering,

temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan

kelembapan spesifik. Sedangkan kelembapan relatif dapat mengalami peningkatan

dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya.

Gambar 2.18 Proses Cooling and Dehumidifying


28

b. Proses pemanasan sensibel (sensible heating)

Proses pemanasan (sensible heating) adalah proses penambahan kalor

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

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

temperatur titik embun dan kelembapan spesifik tetap konstan. Namun

kelembapan relatif mengalami penurunan.

Gambar 2.19 Proses sensible Heating

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

Proses pendinginan dan menaikkan kelembapan (cooling and humidifying)

berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara.

Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola kering, temperatur bola basah

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

embun, kelembapan relatif dan kelembapan spesifik.

Gambar 2.20 Proses Cooling and Humidifying


29

d. Proses pendinginan sensibel (sensible cooling)

Proses pendinginan (sensible cooling) adalah pengambilan kalor sensibel

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

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

spesifik,namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Pada kelembapan spesifik

dan suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan.

Gambar 2.21 Proses Sensible cooling

e. Proses humidifying

Proses humidifying merupakan penambahan kandungan uap air ke udara

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

basah, titik embun dan kelembapan spesifik.

Gambar 2.22 Proses Humidifying


30

f. Proses dehumidifying

Proses dehumidifying 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.

Gambar 2.23 Proses Dehumidifying

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

Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and

dehumidifying) berfungsi untuk menaikkan suhu bala kering dan menurunkan

kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembapan

spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembapan relatif tetapi terjadi peningkatan

suhu bola kering.

Gambar 2.24 Proses Heating and Dehumidifying


31

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

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

ini terjadi kenaikan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, dan suhu bola

kering.

Gambar 2.25 Proses Heating and Humidifying

2.1.3.3 Proses-proses Yang Terjadi pada Mesin Water Chiller pada

Psychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada mesin penyejuk udara dalam

Psychrometric chart adalah sebagai berikut (a) Proses pencampuran udara luar

dan udara yang dikondisikan, (b) Proses pendinginan sensibel atau sensible

cooling, (c) Proses pendinginan dan penurunan kelembapan atau cooling and

dehumidifying, (d) Proses pemanasan dan menaikkan kelembapan atau heating

and humidifying.

Pada Gambar 2.28, titik A adalah udara luar lingkungan yang masuk

melalui kipas udara segar, titik B adalah udara di dalam ruangan yang telah

dikondisikan, titik C adalah udara campuran antara udara balik dan udara segar,

titik E adalah udara yang masuk ke dalam evaporator 2, titik F adalah udara yang

keluar dari evaporator 2.


32

Gambar 2.26 Proses udara yang terjadi pada mesin water chiller

Gambar 2.27 Proses-proses udara yang terjadi dalam mesin water chiller pada

psychrometric chart

(www.ref-wiki.com)

a. Proses pencampuran udara luar dan udara yang dikondisikan pada ruangan (titik

A-B),

Proses (A-B) merupakan proses pencampuran udara luar dan udara yang

dikondisikan pada ruangan. Pada proses ini udara luar akan bercampur dengan

Ruang yang

dikondisikan

(A)

(B) (C)

(E)

(F)


33

udara yang ada pada ruangan dan akan membentuk titik C (titik campuran antara

udara luar (titik A) dan titik udara didalam ruangan C).

b. Proses pendinginan sensibel atau sensible cooling (titik C-D).

Pada proses ini terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola

basah, dan volume spesifik dari udara, namun terjadi peningkatan kelembaban

relatif. Titik C merupakan titik awal sebelum proses sensible cooling, sedangkan

titik B merupakan titik akhir setelah proses sensible cooling diperoleh dengan

menarik garis lurus secara horizontal menuju garis lengkung yang menunjukkan

kelembaban relatif 100 %.

c. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan atau cooling and dehumidifying

titik (D-E).

Proses (D-F) merupakan proses penurunan suhu udara basah dan penurunan

suhu udara kering, nilai entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan

kelembaban spesifik mengalami penurunan. Sedangkan kelembaban relatif tetap

pada nilai 100 %.

d. Proses pemanasan dan menaikkan kelembapan atau heating and humidifying

(titik F-B).

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

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


34

2.2 Tinjauan Pustaka

Komang Metty Trisna Negara,dkk (2010) telah meneliti tentang

performansi sistem pendingin ruangan dan efisiensi energi listrik pada sistem

water chiller dengan penerapan metode cooled energy storage. Penelitian

dilakukan dengan cara eksperimental dengan menggunakan dua variasi yaitu full

sistem dan half sistem. Performansi sistem pendingin dengan penggunaan full

sistem lebih rendah daripada performansi sistem pendingin pada penggunaan half

sistem. Hal ini dapat dilihat pada hasil perhitungan kerja kompresi, dampak

refrigrasi dan COP. Hasil yang diperoleh adalah dengan penggunaan half sistem

konsumsi energi selama 1 jam lebih sedikit sebesar 0,4449 kWh dibandingkan

penggunaan full sistem sebesar 0,8650 kWh atau dengan selisih 0,4201 kWh.

Namun temperatur udara yang dicapai half sistem lebih tinggi yaitu 17,8°C

dibandingkan dengan full sistem yaitu 12,9°C.

Rahmat Iman Mainil dan Afdhal Kurniawan Mainil (2011) telah meneliti

tentang simulasi pemanfaatan panas buang chiller untuk kebutuhan air panas di

perhotelan. Penelitian dilakukan dengan cara eksperimental dengan menggunakan

variasi waktu yaitu setiap 20 menit, 40 menit dan 60 menit. Penelitian dilakukan

secara eksperimental dan simulasi telah dilakukan untuk pemanfaatan kembali

limbah panas dari chiller jenis 30RB60 dalam kebutuhan air panas di hotel. Hasil

penelitian ini adalah Potensi energi yang dapat dihemat dengan pemanfaatan

panas buang kondensor ini adalah 90% dari total energi yang dibutuhkan oleh

pemanas air listrik, untuk menaikkan temperatur air dari 20 °C hingga 60 °C.

Panas buang dari chiller yang dapat dimanfaatkan untuk memanaskan air adalah


35

sebesar 383901,221 kJ setara dengan penghematan biaya listrik Rp.37,915,488.-

per tahun.

Iskandar R (2010) telah meneliti tentang karakteristik pipa kapiler dan

katup ekspansi termostatik pada sistem pendingin water chiller. Penelitian ini

dilakukan secara eksperimental dengan menggunakan empat variasi beban

pendinginan yaitu dengan debit 0,0002 m3/

s, 0,0004 m3/

s, 0,0006 m3/

s 0,0008

m3/

s. Untuk kebutuhan pendinginan yang optimal, maka sangat penting untuk

mengetahui karakteristik dari mesin pendingin ini. Penelitian ini mengkaji

seberapa jauh pengaruh penggunaan pipa kapiler dan katup ekspansi termostatik

sebagai alat ekspansi pada sistem pendingin water chiller. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa performa katup ekspansi termostatik lebih baik dari pipa

kapiler. Sistem pendingin dengan katup ekspansi mempunyai nilai COP antara

3,21 hingga 3,66, sedangkan pipa kapiler 2,15 hingga 2,46. Kondisi aktual, katup

ekspansi mempunyai COP antara 3,21 – 3,66, sedangkan pipa kapiler mempunyai

COP antara 2,15 – 2,46. Katup ekspansi termostatik mempunyai performana yang

lebih baik dibandingkan dengan pipa kapiler.

I Made Rasta (2007) telah meneliti pengaruh laju aliran volume chilled

water terhadap NTU. Penelitian ini dilakukan secara eksperimental dan

menggunakan beberapa variasi laju aliran volume yaitu dari 13 liter/menit sampai

5 liter/menit dengan selisih 0,5 liter/menit setiap pengujian. Untuk mengetahui

penyerapan panas terjadi secara maksimal oleh air dapat dilakukan dengan

menganalisa NTU dari sistem water chiller tersebut. Hasil pengolahan data dan

analisa grafik didapat bahwa NTU terbesar yaitu 2,01 dicapai pada laju aliran


36

volume 12 ltr/mnt yaitu sebesar 2,01, kemudian turun dan stabil. Semakin besar

laju aliran volume maka NTU juga mengalami peningkatan.

Agung Nugroho (2012) telah meneliti sistem mesin pendingin water

chiller yang menggunakan fluida kerja R12 dengan variasi puli kompresor.

Penelitian tersebut dilakukan secaara eksperimental dengan menggunakan tiga

variasi yaitu kecepatan puli kompresor dari P1, P2 dan P3 dimana P1 adalah 2480

rpm. Perubahan kecepatan puli kompresor dimana P1 > P2 > P3. Tujuan

penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan antara putaran kipas kompresor

dan mencari performa mesin water chiller. Hasil pada pengujian ini terlihat

bahwa kecepatan kompresor semakin besar maka COP semakin turun nilainya, hal

ini disebabkan karena peningkatan kompresor tidak sebanding dengan

peningkatan kapasitas refrigerasi atau dengan kata lain peningkatan kapasitas

refrigerasi lebih kecil dibandingkan dengan peningkatan daya kompresor.


37

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Objek Penelitian

Objek penelitian ini adalah mesin water chiller dengan menggunakan

kompresor 1/2 PK. Ukuran mesin water chiller yang diteliti memiliki panjang 2 m

x lebar 1 m x tinggi 1 m. Gambar skematik alat disajikan pada Gambar 3.1 dan

gambar mesin water chiller dapat dilihat pada Gambar L.1 dan Gambar L.2.

Gambar 3.1. Skematik mesin water chiller

Keterangan pada Gambar 3.1 :

a. Kondensor

b. Pipa kapiler

c. Evaporator 1

d. Pompa air

Ruang yang

Dikondisikan

a

b

c

d

f

e

g

h

h1

h2

i

j


38

e. Kompresor

f. Pressure gauge / Manifold gauge

g. Air

h. Kipas evaporator 2

h1. Kipas udara segar

h2. Kipas udara balik

i. Evaporator 2

j. Bak air

3.2. Alat dan Bahan Mesin Water Chiller

Dalam proses pembuatan mesin water chiller diperlukan alat dan bahan

sebagai berikut :

3.2.1. Alat

Peralatan yang digunakan untuk membuat mesin water chiller antara lain :

a. Gergaji kayu

Gergaji kayu digunakan untuk memotong kayu dan triplek yang akan dijadikan

untuk membuat ruangan pendingin pada mesin water chiller.

b. Gergaji besi

Gergaji besi digunakan untuk memotong besi yang akan dijadikan untuk

tempat penampungan air dingin.


39

c. Palu

Palu digunakan untuk memukul paku dalam pembuatan ruangan pendingin

berbahan dasar triplek.

d. Kunci Ring

Kunci pas digunakan untuk mengencangkan baut dalam proses pembuatan bak

penampungan air water chiller.

e. Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur panjang suatu benda pada mesin water

chiller.

f. Tube cutter

Tube cutter digunakan untuk memotong pipa tembaga pada mesin water

chiller.

Gambar 3.2 Tube cutter

(www.amazon.com)

g. Pisau cutter

Pisau Cutter digunakan untuk memotong suatu benda pada mesin water chiller.


http://www.amazon.com/

40

h. Tang

Tang digunakan untuk memotong dan mengencangkan sambungan kabel pada

komponen mesin water chiller.

i. Obeng

Obeng digunakan untuk mengencangkan baut pada dinding ruangan mesin

water chiller.

j. Gas las

Gas las digunakan untuk menyambung pipa tembaga yang berada pada


Gambar 3.3 Gas las

(www.tokopedia.com)

k. Manifold gauge

Manifold gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran masuk

kompresor (biru) dan tekanan refrigeran keluar kompresor (merah) yang berada di

dalam komponen mesin water chiller.


http://www.tokopedia.com/

41

Gambar 3.4 Manifold gauge

l. Tang ampere

Tang ampere digunakan untuk mengukur arus listrik yang berada pada


Gambar 3.5 Tang ampere

(www.indotranding.com)

3.2.2. Bahan

Bahan yang digunakan untuk pembuatan mesin water chiller antara lain :

a. Kayu Reng


http://www.indotranding.com/

42

Kayu reng digunakan untuk membuat kerangka ruangan pada mesin water

chiller dengan luas ruangan 1m x 1m.

Gambar 3.6 Kayu reng

(www.tokopedia.com)

b. Triplek

Triplek digunakan untuk membuat ruangan yang didinginkan dengan panjang

1m dan lebar 1m.

c. Paku

Paku digunakan untuk menyatukan kayu dan papan dalam pembuatan ruangan

pendingin.

d. Mur dan baut

Mur dan baut digunakan untuk mengencangkan kerangka besi dalam

pembuatan mesin water chiller.



43

e. Sekrup

Sekrup digunakan untuk mengencangkan kipas dan radiator yang menempel

pada triplek.

f. Lakban

Lakban digunakan untuk menutup celah-celah pada bagian ruangan mesin

water chiller.

g. Kompresor

Kompresor merupakan alat yang berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran

dalam komponen siklus kompresi uap yang lainnya melalui pipa-pipa tembaga

dengan cara menghisap dan memompa refrigeran. Jenis kompresor yang

digunakan adalah kompresor rotary dengan daya 1/2 PK, tinggi kompresor 23 cm,

diameter kompresor 11 cm, tegangan yang digunakan sebesar 220 V, dan arus

yang bekerja pada kompresor adalah 1,7 A.

Gambar 3.7 Kompresor rotary

(indonesia.alibaba.com)


44

h. Kondensor

Kondensor merupakan suatu alat penukar kalor yang berfungsi untuk

mengkondisikan refrigeran dari fase uap menjadi fase cair. Agar dapat mengubah

fase dari uap menjadi cair diperlukan suhu lingkungan yang lebih rendah dari suhu

refrigeran sehingga dapat terjadi pelepasan kalor ke lingkungan oleh kondensor.

Jenis kondensor yang digunakan adalah kondensor pipa bersirip dengan ukuran

panjang kondensor 33 cm, lebar 30 cm dan tebal 12 cm, sirip kondensor

berjumlah 102 dan jarak antar sirip 1 mm. Sirip dan pipa kondensor berbahan

alumunium, tebal sirip kondensor 1 mm.

Gambar 3.8 Kondensor

(http://wongsocool.com)

i. Pipa kapiler

Pipa kapiler adalah alat yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran

dari tekanan tinggi ke tekanan rendah sebelum masuk ke evaporator. Ketika

refrigeran mengalami penurunan tekanan, temperatur refrigeran juga mengalami

penurunan. Pipa kapiler yang digunakan ini berukuran panjang 150 cm dan

berdiameter luar 0,054 inchi.


http://wongsocool.com/

45

Gambar 3.9 Pipa kapiler


j. Evaporator 1

Evaporator 1 berfungsi untuk mendinginkan air dengan suhu yang diinginkan.

Jenis evaporator ini adalah evaporator dengan pipa bersirip dengan panjang 30

cm, lebar 20 cm dan tebal 6 cm. Evaporator yang digunakan berdaya 1/5 PK. Sirip

dan pipa berbahan alumunium. Jumlah sirip 184, jarak atar sirip 10 mm, tebal

sirip 1 mm dan diameter pipa 5 mm.

Gambar 3.10 Evaporator jenis pipa bersirip


k. Evaporator 2

Evaporator 2 berfungsi sebagai peralatan pendingin udara yang dipergunakan

untuk mengkondisikan udara yang ada di dalam ruangan. Evaporator 2 berbahan

alumunium, ukuran evaporator 2 memiliki panjang 46 cm, lebar 18 cm dan tebal


https://indonesian.alibaba.com/https://indonesian.alibaba.com/

46

3 cm. Sirip evaporator 2 berjumlah 8900, tebal sirip 1 mm dan jarak antar sirip 1

mm.

Gambar 3.11 Evaporator 2

l. Pompa air

Pompa air digunakan untuk mengalirkan fluida air dari bak penampungan

hingga ke dalam evaporator 2. Pompa yang digunakan memiliki daya 38 watt,

bertegangan 220V dan head pompa 2 m. Pompa air memiliki panjang 9 cm, lebar

8 cm dan tinggi 12 cm.

Gambar 3.12 Pompa air

(www.sentralpompa.com)


47

m. Pipa air

Pipa air digunakan sebagai saluran aliran air dari bak penampungan hingga ke

dalam evaporator 2. Pipa yang digunakan berdiameter 1/2 inchi dan 2 inchi.

Gambar 3.13 Pipa air

(www.isibangunan.com)

n. Refrigeran

Refrigeran merupakan jenis gas yang digunakan sebagai fluida pendingin atau

fluida kerja siklus kompresi uap. Refrigeran berfungsi untuk menyerap atau

melepas kalor dari lingkungan sekitar. Jenis refrigeran yang digunakan adalah

R410. Dipilih yang ramah lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon.

Gambar 3.14 Refrigeran

(www.indiamart.com)


http://www.indiamart.com/

48

o. Air

Air sebagai media pedingin sekunder atau sebagai refrigeran sekunder yang

melewati evaporator 2 sehingga udara yang melewati evaporator 2 menjadi

bersuhu rendah.

p. Alumunium foil

Alumunium foil digunakan untuk melapisi styrofoam dalam bak penampungan

air di mesin water chiller.

Gambar 3.15 Alumunium foil

q. Kipas pendingin

Kipas digunakan untuk mensirkulasikan udara agar melewati evaporator 2

menuju ruangan yang dikondisikan. Dalam mesin water chiller ini menggunakan

3 buah kipas. Kipas 1 berada di depan evaporator 2, kipas 2 di dalam ruangan dan

kipas 3 pada pipa udara segar. Spesifikasi kipas tersebut sebagai berikut :


49

1. Kipas 14 inchi 2. Kipas 16 inchi

(Kipas di depan evaporator 2) (Kipas di dalam ruangan)

3. Kipas DC 24v

(Kipas udara segar)

Gambar 3.16 Kipas pendingin

(www.tokopedia.com)

Tabel 3.1 Spesifikasi kipas

Kipas Jumlah Sudu Diameter Sudu Daya Tegangan

Kipas 1 3 6 inchi 41 watt 220v

Kipas 2 3 14 inchi 15 watt 220v

Kipas 3 7 4 inchi 6,5 watt 12v

r. Bak air

Bak air digunakan untuk menampung air yang didinginkan oleh evaporator 1

pada komponen mesin water chiller.



50

Gambar 3.17 Bak air

(www.olx.co.id)

3.2.3. Alat Bantu Penelitian

a. Penampil suhu digital dan termokopel

Termokopel berfungsi untuk mengukur perubahan temperatur pada saat

penelitian. Ujung dari termokopel diletakkan pada bagian yang akan diukur

temperaturnya, maka temperatur akan tertampil pada layar APPA atau penampil

suhu digital.

Gambar 3.18 APPA dan termokopel

(www.hargano.com)

b. Hygrometer

Hygrometer berfungsi untuk mengetahui kelembaban udara. Hygrometer

memiliki termometer bola kering (Tdb) dan termometer bola basah (Twb).

Termometer bola kering (a) digunakan untuk mengukur suhu udara kering,


http://www.olx.co.id/http://www.hargano.com/

51

sedangkan termometer bola basah (b) digunakan untuk mengukur suhu udara

basah. Suhu udara kering dan basah yang terbaca adalah yang melewati

termometer tersebut seperti Gambar 3.19. Dengan diketahui suhu udara bola

kering dan suhu udara bola basah maka dapat diketahui kelembaban udaranya.

Gambar 3.19 Hygrometer

(www.tokopedia.com)

c. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu yang dibutuhkan untuk proses

pengambilan data.

Gambar 3.20 Stopwatch

(mailsport.co.u)

a b



52

3.3. Alur Pelaksanaan Penelitian

Alur pelaksanaan penelitian tersaji pada Gambar 3.21.

Gambar 3.21 Alur pelaksanaan penelitian

Mulai

Perancangan Mesin Water Chiller

Persiapan Alat dan Bahan

Pembuatan Mesin Water Chiller

Pengisian Refrigeran R410

Uji Coba

Baik?

Melakukan Variasi Putaran Kipas Udara Segar

(a) 800 rpm (b) 1140 rpm (c)1380 rpm

Pengambilan Data

Melanjutkan Variasi Putaran Kipas?

Pengolahan Data, Analisis Data,

Kesimpulan, dan Saran

Selesai

ya

tidak

tidak

ya


53

3.3.1. Pembuatan Mesin Water Chiller

Langkah-langkah pembuatan mesin water chiller sebagai berikut :

a. Merancang atau desain mesin water chiller.

b. Membuat kerangka bak penampung air.

c. Pemasangan pipa air dari bak ke evaporator 2.

d. Membuat ruangan dengan bahan kayu dan triplek.

e. Pemasangan pipa udara balik di atas ruangan pendingin.

f. Pemasangan kipas dan evaporator 2 pada ruangan pendingin.

g. Pemasangan komponen-komponen siklus kompresi uap.

h. Pemasangan pressure gauge pada siklus kompresi uap water chiller.

i. Pemasangan komponen kelistrikan pada mesin water chiller.

j. Pemasangan pompa air dan kipas-kipas yang digunakan sebagai variasi.

3.4. Metode Penelitian

Metode penelitian ini dilakukan dengan cara eksperimental di laboratorium

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Mesin yang diteliti adalah mesin water

chiller dengan siklus kompresi uap.

3.5. Variasi Penelitian

Variasi penelitian dilakukan terhadap kecepatan putaran kipas udara segar.

Variasi besarnya kecepatan putaran kipas dapat dilihat pada Tabel 3.2.


54

Tabel 3.2 Variasi penelitian

No Variasi Penelitian Kecepatan Putaran Kipas

1 Kecepatan putaran kipas 1 800 rpm



3.6. Skematik Pengambilan Data

Posisi alat ukur untuk pengambilan data pada mesin water chiller dapat

diihat pada Gambar 3.22.

Gambar 3.22 Skematik Pengambilan data

Keterangan Gambar 3.22 :

TA : Suhu udara lingkungan yang diketahui dengan menggunakan hygrometer 1.

TB : Suhu udara dalam ruangan yang diukur dengan hygrometer 2.

TC : Suhu campuran (pertemuan udara balik dan udara segar).

TE : Suhu evaporator 2.

TB

TA

TC

TE

TF

P2

P1

T1


55

TF : Suhu yang keluar dari evaporator 2.

P1 : Tekanan kerja evaporator pada siklus kompresi uap.

P2 : Tekanan kerja kondensor pada siklus kompresi uap.

T1 : Suhu air yang sudah didinginkan oleh evaporator (sebagai parameter dalam

pengambilan data).

3.7. Cara Pengambilan Data

Langkah-langkah pengambilan data dapat dilakukan sebagai berikut :

a. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma, suhu udara sekitar lingkungan penelitian dianggap tetap.

b. Sebelum pengambilan data, termokopel dikalibrasi terlebih dahulu agar

mendapatkan hasil yang akurat.

c. Mengisi air di dalam bak air yang akan didinginkan.

d. Menyalakan mesin water chiller dan stopwatch.

e. Setelah suhu air mencapai target, maka siap melakukan pengambilan data.

f. Yang perlu dicatat pada saat penelitian adalah T1, P1, P2, TA, TB,TC, TE, dan TF

sesuai data yang dibutuhkan.

g. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit dan data diambil selama 2 jam.


56

Tabel 3.3 Tabel pengambilan data

3.8. Cara Pengolahan Data

Dari data yang didapatkan, maka dapat dibuat siklus kompresi uap pada P-h

diagram. Dari P-h diagram tersebut dapat diketahui nilai-nilai entalpi, temperatur

kerja kondensor dan temperatur kerja evaporator. Nilai-nilai entalpi tersebut dapat

digunakan untuk menghitung Win, Qout, Qin, COP, efisiensi, dan laju aliran massa

refrigeran mesin water chiller, P-h diagram juga dapat mengetahui karakteristik

refrigeran R410. P-h diagram yang disajikan seperti pada Gambar 3.33 berikut ini.

No Waktu P1 P2 T1 TA TB TC TE TF I

Menit (MPa) (MPa) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (A)

1 0

2 15

3 30

4 45

5 ....

6 120


57

Gambar 3.23 Cara mendapatkan h1,h2,h3 dan h4 pada diagram P-h

3.9. Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan dapat diperoleh berdasarkan data yang didapat pada mesin water

chiller. Kesimpulan yang didapat merupakan hasil dari proses analisis penelitian

dan kesimpulan harus bisa menjawab tujuan penelitian.


58

BAB IV

HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Hasil penelitian pada mesin water chiller disajikan berdasarkan variasi

kecepatan putaran kipas udara segar. Kecepatan putaran kipas diukur dengan

menggunakan takometer (rpm). Data penelitian yang dicatat meliputi: tekanan

kerja evaporator (Pevap), tekanan kerja kondensor (Pkond), suhu udara kering (Twb,

A) dan suhu udara basah (Tdb, A) di lingkungan sekitar penelitian, suhu udara

kering (Twb, B) dan suhu udara basah (Tdb, B), suhu kering udara campuran (Tdb,

C), suhu di dalam evaporator 2 (Tdb, E) dan suhu keluar evaporator 2 (Tdb, F).

Untuk mengetahui suhu kerja evaporator 1 dan suhu kerja kondensor dilakukan

dengan cara interpolasi menggunakan tabel DuPontTM

Suva® 410A. Pengujian

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

rata dari ketiga data yang diperoleh tersebut. Data penelitian akan dianalisis

menggunakan p-h diagram dan psychrometric chart. Hasil data penelitian akan di

tampilkan pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.3. Data penelitian yang disajikan

merupakan data hasil pengukuran dimana Pevap dan Pkond belum ditambah dengan

tekanan udara lingkungan sekitar yaitu 1 atm (0,101 MPa). Dalam perhitungan

nanti data penelitian yang telah didapatkan akan dijumlahkan 1 atm agar menjadi

tekananan absolut.


59

Tab

el 4

.1 D

ata

has

il p

enel

itia

n d

engan

kec

epat

an p

uta

ran k

ipas

udar

a se

gar

800 r

pm


60

Tab

el 4

.2 D

ata

has

il p

enel

itia

n d

engan

kec

epat

an p

uta

ran k

ipas

udar

a se

gar

1140 r

pm


61

Tab

el 4

.3 D

ata

has

il p

enel

itia

n d

engan

kec

epat

an p

uta

ran k

ipas

udar

a se

gar

1380 r

pm


62

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 hasil penelitian. Data yang digunakan untuk melakukan

penggambaran pada diagram p-h adalah tekanan kerja evaporator (Pevap) dan

tekanan kerja kondensor (Pkond). Berdasarkan data hasil penelitian yang

didapatkan pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.3 adalah tekanan pengukuran,

jadi untuk mendapatkan tekanan absolut maka tekanan pengukuran ditambah

dengan tekanan udara lingkungan sekitar yaitu 1 atm (0,101 MPa). Gambar siklus

kompresi uap pada diagram p-h yang disajikan pada Gambar 4.1, diketahui dari

tekanan kerja evaporator (Pevap) = 1,091 MPa dan tekanan kerja kondensor (Pkond)

= 2,601 MPa, tekanan tersebut adalah tekanan absolut. 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.

Pada Gambar 4.1 menyajikan gambar diagram p-h pada variasi kecepatan 800

rpm yang akan dijadikan sebagai contoh analisis dan perhitungan. Gambar

diagram p-h pada variasi kecepatan 1140 rpm dan 1380 rpm dapat dilihat pada

Gambar L.4 dan Gambar L.5. Dari perhitungan dengan menggunakan tabel

DuPontTM

Suva® 410A dapat diperoleh data-data sekunder sebagai berikut : nilai

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


63

kompresor (h2), nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (h3), nilai entalpi

refrigeran saat keluar pipa kapiler (h4), tekanan kerja evaporator (Pevap), tekanan

kerja kondensor (Pkond). Hasil penelitian dapat tersaji pada tabel 4.4.

Gambar 4.1 Diagram p-h berdasarkan variasi kecepatan udara segar 800 rpm

Tabel 4.4 Nilai

PENGARUH KECEPATAN PUTARAN KIPAS UDARA SEGAR …repository.usd.ac.id/34775/2/155214090_full.pdf ·...

Documents

Transcript of PENGARUH KECEPATAN PUTARAN KIPAS UDARA SEGAR …repository.usd.ac.id/34775/2/155214090_full.pdf ·...