4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Mesin Pendingin
2.1.1 Pengertian Mesin Pendingin Mesin pendingin adalah suatu peralatan yang digunakan untuk mendinginkan air, atau peralatan yang berfungsi untuk memindahkan panas ke suatu tempat yang temperaturnya lebih tinggi. Didalam sistem pendinginan dalam menjaga temperatur rendah memerlukan pembuangan kalor dari produk pada temperatur rendah ke tempat pembuangan kalor yang lebih tinggi. [4] Teknik refrigerasi merupakan salah satu ilmu dalam mempelajari mesin pendingin. Teknik refrigerasi adalah semua teknik yang digunakan untuk menurunkan temperatur suatu medium sampai lebih rendah daripada temperatur lingkungannya. Dalam melakukan proses penurunan suhu ini, maka sejumlah energi dalam bentuk panas harus diambil dari medium tersebut dan dibuang ke lingkungan. Secara alami, panas hanya akan berpindah dari medium yang temperaturnya lebih tinggi ke medium yang temperaturnya lebih rendah. Dengan kata lain, perpindahan panas dari medium yang dingin ke medium yang lebih panas tidak akan mungkin terjadi secara alami. Maka untuk membuat proses ini terjadi, digunakanlah teknik refrigerasi. Karena refrigerasi adalah sebuah proses yang bertujuan menurunkan temperatur, maka proses ini sering disebut dengan istilah fungsi refrigerasi yang artinya proses yang berfungsi menurunkan temperatur sampai dapat mencapai temperatur lingkungan. [5]
2.1.2 Sejarah Mesin Pendingin Pada jaman dahulu belum belum terdapat lemari es atau jenis – jenis lain mesin pendingin. Oleh karena itu, pada saat itu proses refrigerasi dilakukan dengan cara alami yaitu memanfaatkan es atau objek yang lebih dingin. [6] Di Eropa, Amerika, dan Iran
sejumlah rumah es dibangun untuk
menyimpan es. Serbuk gergaji atau serutan kayu adalah bahan yang digunakan untuk insulasi kalor. Seiring dengan perkembangan teknologi material, kemudian
5
gabus digunakan untuk insulasi. Berdasarkan informasi yang didapatkan dari literatur, es hanya selalu tersedia untuk para kaum bangsawan yang mampu. Di India, kaisar Mogul sangat menyukai es selama musim panas yang terik di Delhi dan Agra, dan pada saat itu es biasanya dibuat dengan cara pendinginan nokturnal, yaitu membiarkan udara malam hari membuat es. Pada tahun 1803, Frederick Tudor dari Amerika, mulai menjual es dengan memotong es dari sungai Hudson dan kolam di Massachusetts lalu mengekspornya ke sejumlah negara termasuk India. Di India, Es yang dijual Tudor lebih murah daripada es yang dibuat masyarakat lokal yang dibuat dengan cara pendinginan nokturnal. Tudor sendiri dikenal sebagai raja es pada saat itu. [6] Perdagangan es di Amerika utara merupakan bisnis yang berkembang pesat. Es dikirimkan ke daerah selatan dengan kereta yang berinsulasi gabus setebal 0.3 m. Perdagangan es juga populer di beberapa negara seperti Inggris, Rusia, Kanada, Norwegia, dan Perancis. Di negara – negara ini es didapatkan dari daerah yang lebih dingin atau dengan menyimpan es yang terjadi di musim dingin. Puncak perdagangan es terjadi pada tahun 1872 ketika Amerika sendiri mengekspor 225000 ton es ke negara-negara yang sangata jauh seperti Cina dan Australia. Namun, dengan berkembangnya teknologi refrigerasi buatan, perdagangan berangsur – angsur menurun.[6] Terdapat dua bidang pendinginan yang saling terkait dalam pendinginan yaitu bidang refrigerasi dan pengkondisian udara. Aplikasi teknik pendinginan dapat dijumpai di berbagai bidang seperti di bidang industri.Pengkondisian udara digunakan untuk mendapatkan suhu dan kelembaban yang nyaman bagi pekerja. Beberapa sistem dirancang untuk mendapatkan kondisi udara dimana debu hampir tidak ada (ruang steril) seperti pada industri elektronika. Industri percetakan perlu udara dengan tingkat kelembaban tertentu sehingga kertas tidak menggumpal dan tinta cepat kering. Kelembaban yang tinggi juga dapat menyebabkan terjadinya korsleting. Perkantoran dan perumahan saat ini umum menggunakan AC (Air Conditioner) untuk menambah kenyamanan ruangan. Awal dari AC (Air Conditioner) sudah dimulai sejak jaman Romawi yaitu dengan membuat penampung air yang mengalir di dalam dinding rumah sehingga
6
menurunkan suhu ruangan.Tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa karena biaya membangunnya sangatlah mahal karena membutuhkan air dan juga bangunan yang tidak biasa. Hanya para raja dan orang kaya saja yang dapat membangunnya pada saat itu.[2] Pada tahun 1820, ilmuwan Inggris bernama Michael Faraday menemukan cara baru mendinginkan udara dengan menggunakan gas amonia dan pada tahun 1842 seorang dokter menemukan cara mendinginkan ruangan dirumah sakit Apalachicola yang berada di Florida, Amerika Serikat. Dr.Jhon Gorrie adalah dokter yang menemukannya dan ini merupakan cikal bakal dari teknologi AC (Air Conditioner) tetapi beliau meninggal pada tahun 1855 sebelum sempat menyempurnakannya.[2] Willis Haviland Carrier seorang Insinyur dari New York Amerika menyempurnakan penemuan dari Dr.Jhon Gorrie tetapi AC ini digunakan bukan untuk kepentingan atau kenyamanan manusia melainkan untuk keperluan percetakan dan industri lainnya. Penggunaan AC untuk perumahan baru dikembangkan pada tahun 1927 dan pertama dipakai disebuah rumah di Mineapolis, Minnesota.Saat ini AC sudah digunakan disemua sektor, tidak hanya industri saja tetapi juga sudah di perkantoran dan perumahan dengan berbagai macam bentuk dari mulai yang besar hingga yang kecil. Semuanya masih berfungsi sama, yaitu untuk mendinginkan suhu ruangan agar orang merasa nyaman. Dr.Jhon Gorrie membuat mesin pendingin berawal dari banyaknya pasien yang menderita malaria atau penyakit lain dengan gejala demam tinggi.Ketika itu udara terasa panas sehingga membuat pasien tidak nyaman. Oleh sebab itu, pria kelahiran Charleston, California Selatan, 3 Oktober 1802 ini memutar otak bagaimana caranya agar suhu tubuh para pasien bisa turun. Setelah melihat kipas angin yang ada di depannya, ia menemukan ide.Ia memasang bongkahan es batu di depan kipas, sehingga hawa dingin es bisa tersebar oleh tiupan angin dari kipas.Tercetus pada ide itu, maka John berniat menyeriusi pembuatan mesin pendingin (AC).[2] Pada tahun 1844, pria lulusan kedokteran dan ilmu bedah di kota New York ini merancang dan mengembangkan mesin eksperimen pembuat es.Mesin
7
ciptaannya didasarkan pada hukum fisika bahwa panas selalu mengalir dari gas atau cairan yang lebih panas menuju gas atau cairan yang lebih dingin.Mesin tersebut bekerja dengan cara memadatkan gas (kompres) sehingga menjadi panas, kemudian gas tersebut dialirkan ke koil – koil untuk diturunkan tekanannya (dekompres).Alhasil, udara menjadi dingin. Untuk mengembangkan penemuannya, pada tahun 1845, Gorrie memutuskan untuk berhenti praktik sebagai dokter.Enam tahun berikutnya, ia berhasil menerima hak paten yang merupakan hak paten pertama yang dikeluarkan untuk sebuah mesin pendingin.Inilah awalnya ditemukan mesin pendingin yang kini dikenal dengan istilah Air Conditioner.[2]
2.2
Pemilihan Styrofoamsebagai Bahan Utama
2.2.1 Pengertian dan Karakteristik Styrofoam Styrofoam yang memiliki nama lain polystyrene banyak digunakan oleh manusia dalam kehidupannya sehari – hari. Begitu styrofoam diciptakan pun langsungmarak digunakan di Indonesia. Banyak keunggulan pada styrofoam yang yang akansangat menguntungkan bagi para penjual makanan seperti tidak mudah bocor, praktis dan ringan sudah pasti lebih disukai sebagai pembungkus makanan mereka.Bahkan kita tidak dapat dalam satu hari saja tidak menggunakan bahan polimer sintetik.[7] Polystyrene adalah sebuah dengan monomer, sebuah hidrokarbon cair yang dibuat secarakomersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan, polistirena biasanya bersifat padat, dapatmencair pada suhu yang lebih tinggi. Stirena tergolong senyawa aromatik.Polistirena pertamakali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang apoteker Jerman. Ketika mengisolasi zattersebut dari resin alami, dia tidak menyadari apa yang dia telah temukan. Seorang kimiaanorganik Jerman lainnya, Hermann Staudinger, menyadari bahwa penemuan Simon terdiri darirantai panjang molekul stirena, yang adalah sebuah polimer plastik.Polistirena padat murniadalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapatdibentuk menjadi berbagai macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet padasaat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis inidikenal dengan nama High Impact
8
Polystyrene (HIPS). Polistirena murni yang transparan bisadibuat menjadi beraneka warna melalui proses. Polistirena banyak dipakai dalam produk – produkelektronik sebagai casing, kabinet, dan komponen – komponen lainnya. Peralatan rumah tangga yang terbuat dari polistirena seperti sapu, sisir, baskom, gantungan baju, dan ember.[7]Karakteristik dari styrofoam diberikan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Karakteristik Styrofoam[8] Sifat Fisis
Ukuran
Densitas
25 – 200 kg/m3
Konduktivitas Thermal
0,033 W/mK
Modulus Young (E)
3000 – 3600 MPa
Kekuatan Tarik
40 – 60 MPa
2.2.2 Styrofoam sebagai Insulasi Termal Insulasi termal (isolasi termal, isolasi panas) adalah metode atau proses yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas/kalor. Panas atau energi panas (kalor) bisa dipindahkan dengan cara konduksi, konveksi, dan radiasi atau ketika terjadi perubahan wujud. Mengenai insulasi termal, hanya dibicarakan perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Aliran panas dapat dikendalikan dengan proses ini, tergantung pada sifat material yang dipergunakan. Bahan yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas itu disebut isolator atau insulator. Panas dapat lolos meskipun ada upaya untuk menutupinya, tapi isolator mengurangi panas yang lolos tersebut.[9] Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah hasil akhirnya, yaitu masuknya dingin dan keluarnya panas. Isolator juga dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin lebih lama dari biasanya. Insulator digunakan untuk memperkecil perpindahan energi panas. Kemampuan insulasi suatu bahan diukur dengan konduktivitas termal (k). Konduktivitas termal yang rendah setara dengan kemampuan insulasi (resistansi
9
termal atau nilai R) yang tinggi. Dalam teknik termal, sifat – sifat lain suatu bahan insulator atau isolator adalah densitas (ρ) dan kapasitas panas spesifik (c). [9] Tabel 2.2 Konduktivitas Thermal Bahan[10] No
Bahan
Konduktivitas Thermal k (W/mK)
1
Styrofoam
0,033
2
Kaca
0,78
3
Plastik
0,15
4
Kayu
0,08 – 0,16
5
Tembaga
386
6
Aluminium
200
7
Stainless Steel
15
Bahan dengan konduktivitas termal (k) rendah menurunkan laju aliran panas. Oleh sebab itulah, styrofoam dipilih sebagai bahan utama dalam pembuatan mesin pendingin ruangan. Selain memiliki nilai konduktivitas termal yang rendah, pemilihan styrofoam ditinjau juga dari segi ekonomis dan kepraktisannya.
2.3
Sifat dan Kekuatan Bahan Kekuatan bahan adalah topik yang berkaitan dengan perilaku benda padat
akibat tegangan dan regangan. Metode yang digunakan untuk memprediksi respon struktur akibat beban dan kerentanannya memperhitungkan sifat bahan seperti yield strength, kekuatan maksimum, Modulus Young , dan rasio Poisson. [11] Densitas dari suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus: 𝑚
ρ = ……….………………………………….(2-1) 𝑉
Dimana:
ρ = Densitas (kg/m3) m = Massa (kg) V = Volume (m3)
Tegangan yang terjadi akibat gaya yang bekerja pada suatu penampang dapat dicari dengan rumus:
10
𝐹
𝜎 = ……….……………………………….(2-2) 𝐴
Dimana:
𝜎 = Tegangan (Pa) F = Gaya (N) A = Luas penampang (m2)
Dengan diketahuinya nilai Modulus Young suatu bahan, maka regangan dapat dicari dengan menggunakan rumus:[12]
𝜖= Dimana:
∆𝑙 𝑙
𝜎
= ……………………………………….(2-3) 𝐸
𝜖 = Regangan ∆𝑙 = Pertambahan panjang (cm) l = Panjang mula – mula (cm) E = Modulus Young (Pa)
2.4
Media Pendingin Media pendingin (cooling media) adalah media yang digunakan untuk
mengantarkan efek refrigerasi ke tempat yang membutuhkan. [13] Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Sistem pendingin udara pada unit yang besar, seperti bangunan komersial, menempatkan siklus pendingin terpusat pada suatu tempat. Dan ruangan yang menggunakan efek refrigerasi relatif jauh dari unit ini. Untuk keperluan ini adalah lebih baik menggunakan medium lain daripada harus mensirkulasikan refrigeran ke tiap ruangan. Medium yang lain inilah yang disebut sebagai medium pendingin atau sering juga disebut sebagai refrigeran sekunder. Medium yang biasanya sering digunakan adalah air, glycol, dan larutan garam. Adapun syarat – syarat yang harus terpenuhi dari suatu media pendingin adalah: [14] 1. Tidak meninggalkan zat racun atau zat berbahaya lainnya 2. Mempunyai kemampuan untuk menyerap panas 3. Mudah dan praktis dalam penggunaannya 4. Ekonomis
11
Pemakaian media pendingin juga berguna dalam penentuan sifat dan fasa dari sturktur yang terbentuk setelah material didinginkan.Secara garis besar ada dua jenis media pendingin yang digunakan, yaitu media pendingin dengan tingkat kerapatan yang rendah dan media pendingin dengan tingkat kerapatan yang tinggi. Apabila disusun dengan urutan yang terperinci dari media pendingin yang memiliki densitas yang tinggi sampai yang paling rendah, maka diperoleh urutan sebagai berikut: air garam, air, solar, oli, dan udara. Untuk media pendingin dengan kerapatan yang tinggi, laju pendinginan akan berlangsung secara cepat, karena proses transfer kalor lebih mudah terjadi apabila jarak molekul lebih kecil. Untuk media pendingin yang memiliki tingkat kerapatan rendah, laju pendinginan akan berlangsung secara lambat, karena proses transfer kalor tidak dapat berlangsung dengan mudah pada molekul – molekul yang memiliki jarak yang besar.[15]
2.5
Air, Garam, dan Es
2.5.1 Air sebagai Media Pendingin Air sebagai media pendingin telah digunakan sejak lama. Bahkan sebelum ditemukannya jenis – jenis refrigeran lainnya, air telah digunakan sebagai media pendingin. Pada masa sekarang ini, pengggunaan air sebagai media pendingin telah semakin berkurang dikarenakan kemampuan air dalam menurunkan suhu lebih lambat daripada refrigeran lainnya. Namun dikarenakan beberapa hal, air juga memiliki beberapa keunggulan jika dibandingkan dengan refrigeran – refrigeran lainnya.[16] Beberapa faktor yang membuat air menjadi coolant yang baik adalah:[16] 1. Sangat berlimpah dan tidak mahal. 2. Dapat ditangani dengan mudah dan aman digunakan. 3. Dapat membawa panas per unit volume dalam jumlah besar. 4. Mengalami pengembangan atau penyusutan volume dalam jumlah cukup kecil pada perubahan suhu dalam range normal. 5. Tidak bersifat beracun dan ramah lingkungan.
12
Pada umumnya air digunakan sebagai media pendingin karena faktor – faktor sebagai berikut:[16] 1. Air merupakan materi yang mudah diperoleh dalam jumlah besar. 2. Mudah dalam pengaturan dan pengolahan. 3. Menyerap panas cukup tinggi per satuan volume. 4. Tidak mudah menyusut secara berarti dalam batasan dengan adanya perubahan temperatur pendingin. Adapun syarat- syarat air yang digunakan sebagai media pendingin: [11] 1. Jernih, maksudnya air harus bersih, tidak terdapat partikel – partikel kasar yaitu batu, kerikil, atau partikel- partikel halus seperti pasir, tanah, dan lumut yang menyebabkan air kotor. 2. Tidak menyebabkan korosi.
2.5.2 Sifat Koligatif Larutan Sifat – sifat larutan yang tidak bergantung pada jenis zat terlarut, tetapi hanya pada konsentrasi partikel terlarutnya disebut sifat koligatif. Selain sifat yang bergantung pada jenis zat terlarut, ada beberapa sifat larutan yang hanya bergantung pada konsentrasi partikel zat terlarut. Artinya, larutan zat yang berbeda akan mempunyai sifat yang sama, asalkan konsentrasi partikel terlarutnya sama.[17] Sifat koligatif larutan dapat dibagi menjadi 4, yaitu: [17] 1. Kenaikan titik didih 2. Penurunan titik beku 3. Penurunan tekanan uap jenuh 4. Tekanan osmotik Salah satu sifat tersebut yaitu penurunan titik beku. Penurunan titik beku adalah selisih antara titik beku pelarut dengan titik beku larutan. Hal ini dapat ditunjukkan dengan ilustrasi pada Gambar 2.1.
13
Gambar 2.1 Perbedaan Titik Beku Air dengan Tiga Jenis Larutan Lain[17] Sebagaimana telah diketahui, air murni membeku pada suhu 0 oC. Pada Gambar 2.1b, ditunjukkan bahwa larutan 0,1 mol urea dalam 1 kg air membeku pada suhu -0,18 oC. Berarti, larutan itu mempunyai penurunan titik beku, yaitu selisih titik bekunya dengan titik beku air murni, sebesar 0,18 oC. Pada Gambar 2.1b dan 2.1c, ditunjukkan bahwa penurunan titik beku (ΔT f) larutan urea bergantung pada konsentrasi zat terlarut, dimana penurunan titik beku menjadi dua kali lebih besar jika jumlah mol urea yang dilarutkan diduakalikan. Pada Gambar 2.1b dan 2.1d, juga ditunjukkan bahwa penurunan titik beku tidak bergantung pada jenis zat terlarut, melainkan hanya pada jumlah mol zat terlarutnya. Larutan urea dan larutan glukosa berkonsentrasi sama mempunyai penurunan titik beku yang sama. Sifat koligatif hanya bergantung pada jumlah relatif kelompok zat terlarut didalam larutan. Larutan 0,1 mol urea dalam 1 kg air (Gambar 2.1b) dan larutan 0,1 mol glukosa dalam 1 kg air (Gambar 2.1d) mempunyai penurunan titik beku yang sama karena mempunyai jumlah kelompok zat terlarut yang sama. Sebagaimana diketahui 0,1 mol urea dan 0,1 mol glukosa mempunyai jumlah partikel (molekul) yang sama yaitu:[17] X = n x L…………………………………………(2-4) Dimana:
X = Jumlah partikel (molekul) n = jumlah mol (mol) L = Bilangan Avogadro = 6,02 x 1023
Jumlah mol (n) dapat dihitung dengan persamaan:
n=
𝐺 𝑀𝑟
….………………………………………….(2-5)
14
Dimana:
G = Massa zat (g) Mr = Massa atom relatif (g/mol)
2.5.3 Garam Dapur sebagai Media Penurunan Titik Beku Garam dapur merupakan zat elektrolit dengan rumus kimia NaCl yang berbentuk kristal kubus yang transparan. Garam tidak dapat terbakar serta mempunyai titik leleh 801 0C. Garam dapur merupakan senyawa yang tersusun dari asam kuat HCl dan basa kuat NaOH. Apabila unsur ini direaksikan, maka akan terbentuk NaCl dan H2O. Hasil dari bahan tadi bila disatukan akan membentuk suatu larutan yang disebut larutan garam. Larutan yang terbentuk merupakan campuran yang homogen, partikel – partikelnya sangat kecil namun tersebar merata meskipun dibiarkan dalam waktu yang lama. [18] Larutan garam adalah larutan yang berupa larutan elektrolit dimana jumlah partikel didalam larutan akan lebih banyak karena zat elektrolit terurai menjadi ion – ion yang mengakibatkan penurunan titik beku semakin rendah. Rumus untuk penurunan titik beku (ΔTf) adalah sebagai berikut.[17] ΔTf = m x kf x i…………..……..…………………….(2-6) Dimana:
ΔTf = Penurunan titik beku larutan (0C) m = Molalitas (m) Kf= Tetapan penurunan titik beku molal (0C/mol) i = Faktor Van’t Hoff
Molalitas dapat dicari dengan menggunakan persamaan:
m = nx Dimana:
1000 P
=
G Mr
x
1000 P
……….……...…….………..(2-7)
m = Molalitas (m) n = Jumlah mol (mol) P = Massa zat pelarut (gram) G = Massa zat (g) Mr = Massa atom relatif (g/mol)
15
Sehingga suhu akhir larutan dapat dihitung dengan rumus:[17] 𝑇𝑓 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 = 𝑇𝑓 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡 − ∆𝑇𝑓 ……………….……..…….(2-8) Dimana:
Tf
larutan
= Titik beku larutan (0C)
Tf
pelarut
= Titik beku pelarut (0C)
ΔTf = Penurunan titik beku larutan (0C) Penambahan garam dapur pada air bertujuan untuk menurunkan titik beku dari larutan tersebut, sehingga penyerapan kalor dapat bekerja lebih maksimal. Tingkat penurunan titik beku bergantung pada dua faktor utama, yaitu massa atom relatif dari unsur dan faktor Van’t Hoff nya. Garam dipilih sebagai media penurunan titik beku disebabkan karena garam mempunyai massa atom relatif yang kecil dan merupakan senyawa ion dengan nilai faktor Van’t Hoff nya adalah dua.
2.5.4 Campuran Air, Garam, dan Es Campuran air, garam, dan es digunakan sebagai media pendingin pada mesin pendingin ruangan. Garam terlebih dahulu dilarutkan dalam air untuk menurunkan titik beku air tersebut menjadi dibawah 0 0C.[19]Es berfungsi sebagai media pendingin awal untuk mendinginkan larutan garam yang telah diturunkan titik bekunya tersebut. Pada mesin pendingin ruangan akan digunakan campuran air, garam, dan es dengan kapasitas masing – masing 1 L, 250 gram, dan 2 L.
2.6
Ukuran Ruangan Ukuran ruangan dipengaruhi oleh besar beban pendingin yang terjadi pada
ruangan tersebut. Umumnya, beban pendingin yang terjadi dalam suatu ruangan merupakan perpaduan antara beban pendingin sensibel, beban pendingin laten, dan beban pendingin yang terjadi akibat perpindahan panas. Ukuran ruangan juga dipengaruhi oleh nilai insulasi ruangan (I) dan konstanta arah ruangan (E). Nilai insulasi ruangan (I) bervariasi bergantung pada letak ruangan, sedangkan nilai konstanta arah ruangan (E) bergantung pada arah hadapan jendela atau ventilasi. Penjelasan mengenai nilai insulasi ruangan dijelaskan pada Tabel 2.3 dan konstanta arah ruangan pada Tabel 2.4.
16
Tabel 2.3 Nilai Insulasi Ruangan[20] Letak Ruangan
Nilai Insulasi Ruangan (I)
Lantai bawah atau berimpit dengan ruang lain
10
Lantai atas
18
Tabel 2.4 Konstanta Arah Ruangan[20] Arah Jendela / Ventilasi
Konstanta Arah Ruangan (E)
Utara
16
Timur
17
Selatan
18
Barat
20
Besar beban pendingin diperoleh dengan rumus: Q Dimana:
= Q s,tot + Q l,tot + Q pp ,tot ………..….………………..(2-9) Q = Beban pendingin (w) Q s,tot = Beban sensibel total (W) Q l,tot = Beban laten total (W) Q pp ,tot = Beban perpindahan panas total (W)
Data beban sensibel total, beban laten total, dan beban perpindahan panas total diambil dari data pengujian. Setelah diketahui nilai – nilai diatas, maka dapat dicari ukuran ruangan dengan rumus:[20] LxWxH Dimana:
=
Q x 60 IxE
x
1 3,28 3
x 0,29307107
L = Panjang ruangan (m) W = Lebar ruangan (m) H = Tinggi ruangan (m) Q = Beban pendingin (W) I = Nilai insulasi ruangan E = Konstanta arah ruangan
…………………….(2-10)
17
Dengan mengasumsikan bahwa ukuran panjang, lebar, dan tingginya adalah sama, maka ukuran tersebut dapat dicari dengan rumus: L=W=H=
2.7
3
L x W x H ………………………….....(2-11)
Energi Surya
2.7.1 Panel Surya Panel surya mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sel silikon (disebut juga solar cell) yang disinari matahari/surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah solar cell menghasilkan kurang lebih tegangan 0,5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimum). [21]
Gambar 2.2 Panel Surya[22] Energi yang dihasilkan oleh panel surya dapat dihitung dengan persamaan:[23] E = P x t ……………………………………..(2-12) Dimana:
E = Energi (Wh) P = Daya (W) tp= Waktu puncak (h)
Sedangkan
efisiensi
panel
surya
dihitung
dengan
menggunakan
persamaan:[24] η= Dimana:
P max P in
x 100% ...............................................(2-13)
η = Efisiensi panel surya Pmax = Daya maksimum (W) Pin = Daya cahaya insiden (W)
18
Daya maksimum dihitung dengan persamaan:[24] Pmax = Voc x FF x Isc ………………..……………….(2-14) Dimana:
Pmax = Daya maksimum (W) Voc = Tegangan rangkaian terbuka (V) FF = Fill factor Isc = Kuat arus rangkaian pendek (A)
Nilai dari fill factor (FF) dapat dihitung dengan persamaan:
FF = Dimana:
V m Im V oc I sc
……………………………………..(2-15)
FF = Fill factor Vm = Tegangan maksimum (V) Im = Kuat arus maksimum (A) Voc = Tegangan rangkaian terbuka (V) Isc = Kuat arus rangkaian pendek (A)
Sedangkan daya cahaya insiden dapat dihitung dengan persamaan: [24] Pin = Gt x A ……………………………………(2-16) Dimana:
Pin = Daya cahaya insiden (W) Gt = Radiasi pasti (W/m2) A = Luas penampang (m2)
2.7.2 Charge Controller Pada waktu solar panel mendapatkan energi dari cahaya matahari di siang hari, rangkaian charger controller ini otomatis bekerja dan mengisi (charge) baterai dan menjaga tegangan baterai agar tetap stabil. [21] Bila kita menggunakan baterai 12 V, maka rangkaian ini akan menjaga agar tegangan charger 12 V + 10%, tegangan charger yang di butuhkan antara 13,2 – 13,4 Volt. Apabila sudah mencapai tegangan tersebut, rangkaian ini otomatis akan menghentikan proses pengisian baterai tersebut. Sebaliknya apabila
19
tegangan baterai turun/drop hingga 11 Volt, maka baterai akan diisi kembalisehingga baterai tidak akan habis. Secara keseluruhan, fungsi dari charge controller ini yaitu untuk menjaga agar baterai tidak kelebihan (over charger) dan kehabisan tegangan (under charger) dengan begitu maka umur dari baterai bertambah lama. [21]
Gambar 2.3Charge Controller[25]
2.7.3 Akumulator Akumulator (accu, aki) adalah sebuah alat yang dapat menyimpan energi (umumnya energi listrik) dalam bentuk energi kimia. Contoh – contoh akumulator adalah baterai dan kapasitor.[26] Di dalam standar internasional, setiap satu cell akumulator memiliki tegangan sebesar 2 volt. sehingga aki 12 volt memiliki 6 cell sedangkan aki 24 volt memiliki 12 cell. Secara sederhana aki merupakan sel yang terdiri dari elektrode Pb sebagai anode dan PbO2 sebagai katode dengan elektrolit H2SO4.[26]
Gambar 2.4 Akumulator[27]
20
Muatan yang diperoleh oleh aki selama pengecasan dapat dihitung dengan rumus: 𝑄= Dimana:
𝐸 𝑉
…………...……………………… (2-17)
Q = Muatan listrik (Ah) E = Energi (Wh) V = Tegangan listrik (V)
2.8
Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan Panel surya yang disinari oleh matahari, akan menyerap energi matahari
dan mengubahnya menjadi energi listrik. Energi tersebut diteruskan ke charge controller yang berfungsi untuk menstabilkan arus listrik yang masuk ke dalam aki. Energi listrik tersebut disimpan dalam aki, sehingga penggunaan mesin pendingin ruangan juga dapat digunakan pada malam hari ataupun pada kondisi cuaca mendung. Energi listrik tersebut digunakan untuk menghidupkan kipas angin yang tersambung pada aki. Setelah kipas angin dihidupkan, udara yang berasal dari lingkungan akan dihisap masuk ke dalam mesin pendingin. Udara tersebut perlahan – lahan akan menurun suhunya akibat bersinggungan dengan media pendingin air, garam, dan es yang menyerap kalor dari udara luar tersebut, sehingga akan dihasilkan udara yang sejuk yang keluar melalui pipa elbow.
Gambar 2.5 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan
