MESIN PENGHASIL AIR AKI DENGAN DISERTAI PROSES EVAPORATIVE COOLING SKRIPSI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

MESIN PENGHASIL AIR AKI DENGAN DISERTAI PROSES EVAPORATIVE COOLING SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh : EKIN THEOPHILUS BANGUN NIM : 135214096

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2017

i


ACCU WATER MACHINE PRODUER ENTAILED WITH EVAPORATIVE COOLING PROCESS FINAL PROJECT As Partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechainical Engineering

By : EKIN THEOPHILUS BANGUN Student Number : 135214096

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2017

ii






ABSTRAK Sekarang ini mesin penghasil air aki yang ramah lingkungan, aman, praktis dan dapat dipergunakan kapan saja dianggap sangat penting bagi masyarakat. Tujuan dari penelitian ini adalah: (a) Merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan sistem kompresi uap, (b) Mengetahui karakteristik AC 3/4 PK yang digunakan sebagai mesin penghasil air aki, (c) Mengetahui jumlah air aki yang dihasilkan mesin penghasil air aki perjamnya. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Mesin penghasil air aki dibuat bekerja dengan siklus kompresi uap dengan daya kompresor 3/4 PK, dengan sistim tertutup dan humidifier. Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah jarak antar lubang pancuran 2 cm dan kecepatan kipas. Ukuran lemari mesin penghasil air aki yang digunakan dalam penelitin ini adalah panjang 1,5 m, lebar 1 m dan tinggi 2m. Hasil penelitian menghasilkan; bahwa jarak antar lubang pancuran dan kecepatan kipas paling efektif untuk kurun waktu 120 menit menggunakan jarak antar lubang pancuran 2 cm dan kecepatan kipas 3 dengan laju aliran massa air aki sebesar 1,44 kg/jam dan untuk jarak antar lubang pancuran dan kecepatan kipas paling tidak efektif menggunakan jarak antar lubang pancuran 2 cm dan tanpa kipas.

Kata kunci : Mesin penghasil air aki, evaporative cooling.

vii


ABSTRACT Nowadays, machine accu water produser an environmentally-friendly, safe, practical and can be used anytime considered very important for the community. The aims of this research are ; ( a ) designing and assembling the machine accu water producer with a close vapor compression cycle System, ( b ) do examine the air conditioner characteristic 3 / 4 hp which used as a machine accu water produser, ( c) examine the amount of accu water produced machine producer accu water per hour. The Research was done in the Laboratory Engineering Sanata Dharma University Yogyakarta. Accu water producer machines is made to work a close vapor compression cycle system with the power of compresor was 3/4 hp, Alt closed systems and humidifier . Various that used in this research was distance among showers holes 2 cm and fan speed. The size of the accu water producer machine used in research was 1,5 m for lenght , 1 m for width and 2 m for height. The results of research shows that; That distance between shower holes and fan speed most effective to the past 120 minutes use the distance between shower holes 2 cm and fan speed 3 with the rate of flow of accu water mass 1,44 kg/hour And to the distance between shower holes and fan speed at least effective use of the distance between showers holes 2 cm and without a fan .

Keywords: Accu water producer machines, evaporative cooling.

viii


KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Sudi Mungkasi S.Si.,M.Math.Sc.,P.hd. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi. 3. Wibowo Kusbandono S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing Akademik 4. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata

Dharma,

Yogyakarta

yang

telah

memberi

bekal

ilmupengetahuan sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi ini. 5. Ganepo Bangun dan Diana br. Surbakti sebagai orang tua saya yang telah memberikan dukungan, baik secara materi maupun spiritual kepada penulis selama

ix


belajar di Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. 6. Maria Ovi Puspitasari sebagai kekasih saya yang telah memberikan dukungan secara langsung maupun tidak langsung selama penulisan Skripsi ini. 7. Seluruh staf, Kepala Lab Energi dan seluruh Laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, yang memberikan kesempatan di dalam melakukan penelitian ini. 8. Rekan-rekan mahasiswa Prodi Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terimakasih.

Yogyakarta, 10 Juli 2017

Penulis

x


DAFTAR ISI Hal HALAMAN JUDUL

..........

i

TITLE PAGE

..........

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

..........

iii

HALAMAN PENGESAHAN

..........

iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

..........

v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

..........

vi

ABSTRAK

..........

vii

ABSTRACT

..........

viii

KATA PENGANTAR

..........

ix

DAFTAR ISI

..........

xi

DAFTAR GAMBAR

..........

xiv

DAFTAR TABEL

..........

xvi

BAB I

PENDAHULUAN

..........

1

1.1 Latarbelakang

..........

4

1.2 Rumusan masalah

..........

4

1.3 Tujuan

..........

4

1.4 Batasan Masalah

..........

4

1.5 Manfaat

..........

5

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKAN

..........

6

2.1 Dasar Teori

..........

6

BAB II

2.1.1

Air Aki

6

2.1.1

Komponen-komponen Mesin

..........

6

2.1.2

Siklus kompresi uap

..........

17

xi


2.1.3

..........

20

2.1.4

Perhitungan-perhitungan pada Siklus Kompresi Uap Humidifier

..........

23

2.1.5

Psychrometric Chart

..........

24

..........

24

..........

27

..........

28

2.1.6 Perhitungan pada psychrometric chart

..........

31

2.2 Tinjauan Pustaka

..........

32

Metodologi penelitian

..........

34

3.1 Metode Penelitian

.........

34

2.1.5.1 Parameter-parameter Udara Psychrometric Chart 2.1.5.2 Proses-proses Yang Terjadi Pada Udara Dalam Psychrometric chart 2.1.5.3 Proses-proses yang terjadi pada Mesin Penghasil Air Aki

BAB III

3.2 Variasi Penelitian

34

3.3 Objek Penelitian

..........

34

3.4 Alat dan Bahan Penelitian

..........

36

3.4.1 Alat

..........

36

3.4.2 Bahan

..........

39

3.5 Alat bantu penelitian

..........

41

3.6 Tata Cara Penelitian

..........

43

3.6.1 Skema Penelitian

..........

43

3.6.2 Pembuatan Mesin Penghasil Air Aki

..........

46

3.7 Skema Pengambilan Data Penelitian

..........

46

3.8 Cara Pengambilan Data

..........

48

3.9 Cara Mengolah Data

..........

50

3.10 Cara Mendapatkan Kesimpulan

..........

51

xii


BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

..........

52

4.1 Hasil Penelitian

..........

52

4.2 Perhitungan

..........

55

4.3 Pembahasan

..........

63

4.3.1 Pengaruh kecepatan kipas sebelum evaporator ..........

65

terhadap penambahan kadar uap air

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

..........

67

5.1 Kesimpulan

..........

67

5.2 Saran

..........

67

Daftar Pustaka

68

LAMPIRAN

............

69

Psychrometric chart tanpa kipas

............

69

Psychrometric chart kipas on kecepatan 1

............

70

Psychrometric chart kipas on kecepatan 3

............

71

Gambar mesin penghasil air aki

............

72

Hasil pengujian air aki

............

76

Air aki yang ada dipasaran

xiii

78


DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1

Kompresor Torak

...........

9

Gambar 2.2a

Kompresor hermetic

.............

9

Gambar 2.2b

Kompresor hermetic

.............

10

Gambar 2.3

Kompresor open type

............

10

Gambar 2.4

Kondensor dengan jari-jari penguat

............

11

Gambar 2.5

Kondensor pipa bersirip

............

12

Gambar 2.6

Pipa kapiler

............

12

Gambar 2.7

Hand valve

............

13

Gambar 2.8

Automatic expansion valve

............

13

Gambar 2.9

Thermostatic expansion valve

............

14

Gambar 2.10

Evaporator dengan sirip

............

15

Gambar 2.11

Evaporator pipa-pipa

............

15

Gambar 2.12

Evaporator plat

............

15

Gambar 2.13

Jenis-jenis filter

............

16

Gambar 2.14

Kipas

............

16

Gambar 2.15

Siklus kompresi uap

............

17

Gambar 2.16

Siklus kompresi uap pada diagram P-h

............

18

Gambar 2.17

Siklus kompresi uap pada diagram T-s

............

18

Gambar 2.18

Gambar psychrometric chart

............

26

Gambar 2.19

Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric chart

............

27

Gambar 2.20

Proses-proses pada mesin penghasil air aki pada Psychrometric chart

............

30

Gambar 3.1

Skema mesin penghasil air aki

............

35

Gambar 3.2

Bor listrik

............

36

xiv


Gambar 3.3

Gergaji

............

36

Gambar 3.4

Obeng

............

37

Gambar 3.5

Mistar atau meteran

............

37

Gambar 3.6

Pisau cutter

............

38

Gambar 3.7

Lakban

............

37

Gambar 3.8

Tang

............

38

Gambar 3.9

Tube cutter

............

38

Gambar 3.10

Tube expander

............

39

Gambar 3.11

Gas las Hi-cook

............

40

Gambar 3.12

Roda

............

40

Gambar 3.13

Tali

............

40

Gambar 3.14

Hygrometer

............

42

Gambar 3.15

Thermocouple dan penampil suhu digital

..........

42

Gambar 3.16

Stopwatch

............

43

Gambar 3.17

Gelas ukur

............

43

Gambar 3.18

Skema pembuatan dan penelitian mesin

............

44

Gambar 3.19

Skema pengambilan data

............

47

Gambar 3.20

Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi

............

50

Gambar 4.1

P-h diagram mesin kompresi uap

............

56

Gambar 4.2

Psychrometric chart jarak lubang pancuran 2 cm dan tanpa kipas

............

60

Gambar 4.3

Jumlah massa air aki yang dihasilkan dari waktu ke waktu, untuk berbagai variasi

............

64

Gambar 4.4

Perbandingan kandungan uap air rata-rata

............

65

xv


DAFTAR TABEL Hal Tabel 3.1

Tabel pengambilan data penelitian

............

49

Tabel 4.1

Data hasil rata-rata penelitian untuk jarak lubang antar pancuran 2 cm dan tanpa kipas

............

52

Tabel 4.2

Data hasil rata-rata penelitian untuk jarak lubang antar pancuran 2 cm dan on kipas kecepatan 1

............

53

Tabel 4.3

Data hasil rata-rata penelitian untuk jarak lubang antar pancuran 2 cm dan kipas on kecepatan 3

............

54

Tabel 4.4

Data hasil perhitungan

............

63

Tabel 4.5

hasil air aki jika mesin dioperasikan selama 24 jam

............

64

xvi


BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latarbelakang Seiring dengan perkembangan zaman, manusia semakin membutuhkan kemudahan dalam menjalankan pekerjaan sehari-hari untuk memaksimalkan waktu yang dimiliki. Demi mendapat kemudahan dalam melakukan pekerjaan, manusia membutuhkan alat bantu pekerjaan seperti alat bantu elektronik. Alat bantu elektronik digunakan karena dianggap lebih praktis dan mudah dalam mengoprasikan dan mengendalikan. Alat bantu elektronik atau bisa kita sebut barang elektronik membutuhkan tenaga listrik sebagai sumber energi agar dapat berfungsi. Ada banyak sumber tenaga listrik yang bisa digunakan untuk mengaktifkan barang elektronik. Beberapa sumber tenaga listrik, diantaranya adalah listrik PLN, baterai kering dan baterai cair atau aki (accu). Dari ketiga jenis sumber tenaga listrik di atas aki (accu) memiliki keunggulan, yaitu mudah digunakan dimanapun dan kapanpun. Selain itu, aki (accu) memiliki energi listrik yang lebih besar dibanding baterai kering. Namun, aki (accu) memerlukan media untuk menghasilkan energi listrik yaitu, air aki atau accu water. Air aki diperlukan agar terjadi reaksi kimia pada beberapa komponen aki, sehingga dapat menghasilkan tegangan listrik. Kemudian, listrik yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengaktifkan alat-alat elektronik. Pada umumnya air aki dapat diperoleh dari beberapa proses, diantaranya adalah air aki yang diperoleh dari proses penyulingan air dan air aki dari proses 1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2

demineralisasi. Pada dasarnya air aki adalah air murni yang bersifat netral. Proses penyulingan air dilakukan dengan menguapkan air pada temperatur didihnya lalu uap didinginkan sehingga terjadi proses pengembunan. Air hasil pengembunan inilah yang menjadi hasil penyulingan yaitu air murni yang bersifat netral. Titik didih air pada tekanan 1 atm cukup tinggi, yaitu 100oC. Metode ini juga tidak ramah lingkungan karena menghasilkan gas buang pada proses pembakarannya. Proses demineralisasi dilakukan dengan mencampur air dengan cairan kimia, sehingga air dapat menjadi murni. Diperlukan cara lain untuk memperoleh air aki yang lebih ramah lingkungan, lebih mudah dan tidak memerlukan senyawa kimia lain dalam proses pembuatannya. Salah satu alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan mempergunakan mesin siklus kompresi uap dengan proses humidifikasidehumidifikasi. Keunggulan proses pembuatan air aki dengan mempergunakan mesin siklus kompresi uap bila dibandingkan dengan proses pembuatan air aki yang lain diantaranya adalah : a.

Lebih ramah lingkungan, karena tidak ada proses pembakaran.

b.

Mesin dapat ditempatkan dimana saja dan bisa ditinggal dengan aman tanpa perlu pengawasan yang lebih pada saat mesin beroperasi.

c.

Menjadi alternatif penghasil air aki selain dari proses penyulingan dan demineralisasi.

d.

Suhu kerja yang lebih rendah dibanding dengan proses penyulingan.


e.

Tidak membutuhkan senyawa kimia lain untuk mendapatkan air aki seperti halnya pada proses demineralisasi. Dibanding dengan proses demineralisasi, proses pembuatan air aki dengan

mesin siklus kompresi uap ini memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan sumber energi listrik yang cukup besar. Selain itu proses ini membutuhkan waktu yang lebih lama dalam menghasilkan air aki, berbeda dengan proses demineralisasi yang bisa menghasilkan air aki yang banyak dalam waktu lebih singkat. Namun, untuk pembuatan air aki, proses pembuatan air aki dengan mesin siklus kompresi uap ini lebih mudah dilakukan dibanding proses penyulingan dan proses demineralisasi hanya saja membutuhkan sumber energi listrik. Indri Yaningsih, Tri Istanto dan Wibawa Endra Juwana (2015) menguji pengaruh penggunaan refrigeran terhadap unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Dedet Hermawan dan Muhrom Khudhori (2015) menguji pengaruh kecepatan udara dan efisiensi kolektor surya plat datar dua laluan dengan dua penutup kaca terhadap unjuk kerja unit desalinasi surya berbasis pompa kalor dengan mengguankan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Indri Yaningsih dan Tri Istanto (2014) desalinasi dengan proses humidifikasi dan dehumidifikasi dianggap sebagai cara efisien dan menjanjikan dimana memanfaatkan kondenser dan evaporator dari pompa kalor untuk menghasilkan air tawar dari air laut. Dengan latar belakang tersebut, penulis terpancing untuk mendalami pembuatan air aki dari mesin siklus kompresi uap dengan merancang dan melakukan penelitian tentang mesin pembuat air aki dari mesin siklus kompresi


uap. Diharapkan nilai efisiensi dari mesin pembuatan air aki yang dihasilkan dapat bersaing dengan proses pembuat air aki yang sudah ada di pasaran, sehingga bisa menjadi alternatif untuk menghasilkan air aki yang berkualitas. 1.2 Rumusan masalah Pembuatan air aki selama ini dilakukan dengan cara penyulingan dan demineralisasi. Diperlukan solusi cerdas yang menghasilkan mesin pembuat air aki yang lebih ramah lingkungan dan praktis. 1.3 Tujuan Tujuan dari penelitian mesin pembuat air aki dengan siklus kompresi uap ini adalah : a. Merancang dan merakit mesin penghasil air aki dengan sistem kompresi uap. b. Mengetahui karakteristik siklus kompresi uap yang digunakan sebagai mesin penghasil air aki yang telah dibuat yaitu : COP aktual dan COP ideal dari mesin kompresi uap. c. Efisiensi mesin kompresi uap. d. Mengetahui jumlah air aki tertinggi yang dihasilkan mesin penghasil air aki perjamnya. 1.4 Batasan masalah Batasan-batasan yang diambil di dalam penelitian ini adalah : a. Mesin penghasil air aki bekerja dengan menggunakan mesin dengan siklus kompresi uap. b. Komponen utama dari mesin siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler.


c. Daya kompresor yang digunakan sebesar 3/4 PK, komponen yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor. d. Kipas tambahan pada kondensor dengan daya 35 Watt. e. Komponen utama mesin siklus kompresi uap menggunakan komponen standar yang ada di pasaran. f. Mesin siklus kompresi uap menggunakan refrigeran R 410a. g. Pada humidifier menggunakan : a. Kipas dengan daya 40 watt dengan 3 sudu berdiameter 23 cm b. Pompa air dengan daya 125 watt c. Pipa PVC berdiameter 0,5 inch d. Panjang rangkaian pipa PVC 150 cm, lebar rangkaian pipa 50 cm e. Jarak antar baris pipa PVC 15 cm f. Jarak antar lubang pada rangkaian pipa PVC 2 cm g. Diameter lubang pada rangkaian pipa PVC 3 mm h. Ukuran cashing mesin penghasil air aki 1,5 m x 1 m x 2 m. 1.5 Manfaat Manfaat dari penelitian tentang mesin pembuat air aki dengan siklus kompresi uap ini adalah : a. Menambah khasanah ilmu pengetahuan tentang mesin pembuat air aki dengan siklus kompresi uap yang dapat ditempatkan di perpustakaan. b. Dapat dipergunakan untuk referensi bagi peneliti lain yang melakukan penelitian sejenis. c. Diperolehnya teknologi tepat guna berupa mesin penghasil air aki


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori 2.1.1

Air Aki Air aki merupakan hasil dari air distilasi (aquadest), air aki adalah air

murni yang tidak mengandung logam,berbahan dasar air PDAM atau sumur akan tetapi telah melewati proses pemurnian dengan cara penyulingan atau proses demineralisasi. Air aki yang biasa dijual bebas dipasaran diperoleh dari proses demineralisasi karena waktu yang dibutuhkan tidak lama untuk menghasilkan air aki dengan proses ini, sedangkan proses penyulingan membutuhkan waktu yang lama. Air aki yang diperoleh melalui proses penyulingan disebut aquadest a. Air aki botol merah Cairan yang berada dibotol merah disebut zuhur, biasanya digunakan pada saat pengisian pertama ke aki. Unsur kimia yang terkandung adalah H2SO4, air aki botol merah bukan aquadest. b. Air aki botol biru Cairan yang berada dibotol biru berisi air murni atau air yang sudah melewati proses penyulingan. Air ini memiliki unsur H2O dan digunakan untuk menabah air aki. Tetapi apabila sulit mendapatkan air aki ini maka air mineral dapat digunakan sebagai keadaan darurat. 2.1.2 Komponen-komponen Mesin Mesin pembuat air aki menggunakan mesin kompresi uap merupakan sebuah sistem yang menghasilkan air aki dengan mengembunkan uap air yang ada 6


di udara. Pada dasarnya air aki yang dihasilkan merupakan uap air di udara yang mengembun setelah didinginkan oleh evaporator. Uap air yang mengembun karena temperatur yang rendah di evaporator kemudian berubah wujudnya menjadi cair. Air hasil pengembunan ini ditampung dan menjadi produk air aki. Air hasil pengembunan ini dapat dijadikan air aki karena sifat kimianya yang netral atau murni. Jumlah uap air yang ada di udara sangat berpengaruh terhadap banyaknya air aki yang dapat dihasilkan. Semakin banyak uap air yang ada di udara, maka akan semakin banyak pula jumlah air aki yang dihasilkan. Oleh sebab itulah mesin ini membutuhkan tambahan rangkaian pencurah air untuk menghasilkan uap air yang banyak, sehingga air aki yang dihasilkan akan bertambah. Pada mesin pembuat air aki menggunakan mesin siklus kompresi uap terdapat dua bagian utama, yaitu bagian mesin kompresi uap dan bagian pencurah air. Pada bagian mesin kompresi uap menggunakan komponen-komponen mesin kompresi uap, yaitu kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator dan penambahan kipas pada kondensor. Sedangkan komponen-komponen pada bagian


pencurah air antara lain adalah pompa air, rangkaian pipa PVC yang telah dilubangi dan kipas untuk menghembuskan udara melewati curahan air menuju ke evaporator. Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler, filter dan kipas kondensor. a.

Kompresor Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan refrigeran dari tekanan

rendah ke tekanan tinggi. Kompresor bekerja menghisap sekaligus mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi atau perputaran refrigeran yang mengalir di dalam pipa-pipa mesin pendingin. Jenis kompresor yang sering dipakai pada mesin pendingin adalah kompresor hermetik yang merupakan kompresor torak (reciprocating compressor) yang digerakkan oleh motor listrik. Jenis kompresor torak lainnya yaitu kompresor semi hermetik dan kompresor open type. Kompresor torak dapat dilihat pada Gambar 2.1. Motor penggerak kompresornya berada dalam satu tempat atau rumah yang tertutup, bersatu dengan kompresor. Motor penggerak langsung memutarkan poros kompresor, sehingga jumlah putaran kompresor sama dengan jumlah putaran motornya. Kompresor bekerja secara dinamis menghisap sekaligus mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi refrigeran mengalir dalam pipa-pipa mesin pendingin. Fase yang terjadi ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas yang keluar kompresor berupa gas panas lanjut. Suhu gas refrigeran yang keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerja kondensor.


Gambar 2.1 Kompresor Torak

Gambar 2.2a Kompresor hermetik


Gambar 2.2.b Kompresor hermetik

Gambar 2.3 Kompresor open type


b.

Kondensor Kondensor adalah alat yang berfungsi sebagai tempat pengembunan atau

kondensasi refrigeran. Dalam kondensor berlangsung dua proses yaitu proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh dan proses berikutnya dari gas panas jenuh menuju ke cair jenuh. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi panas jenuh menuju ke cair jenuh berlangsung pada tekanan tetap. Saat kedua proses tersebut berlangsung, kondensor membuang kalor dalam bentuk panas ke lingkungan sekitar. Jenis kondensor yang sering dipakai dalam kapasitas kecil adalah kondensor dengan bentuk jari-jari penguat, pipa dengan plat besi dan pipa bersirip. Tiga jenis kondensor berdasarkan media pendinginnya, kondensor berpendinginan udara (air cooled condenser), kondensor berpendinginan air (water cooled condenser) serta kondensor berpendinginan udara dan air (evaporative condenser). Umumnya kondensor yang dipakai dalam mesin pindingin adalah kondensor pipa dengan jari-jari penguat, sedangkan untuk mesin AC menggunakan jenis pipa bersirip.

Gambar 2.4 Kondensor dengan jari-jari penguat


Gambar 2.5 Kondensor pipa bersirip c.

Pipa kapiler Menurut Stocker dan Jones (1989), pipa kapiler merupakan salah satu alat

ekspansi. Alat ini mempunyai dua kegunaan, yaitu menurunkan tekanan refrigeran cair dan mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler umumnya mempunyai ukuran panjang 1 hingga 6 m, dengan diameter dalam 0,5 hingga 2 mm. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler terjadi pernurunan tekanan refrigeran dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam pipa kapiler. Proses penurunan tekanan refrigeran dalam pipa kapiler berlangsung pada entalpi konstan atau tetap. Pada saat refrigeran masuk dalam pipa kapiler, refrigeran dalam fase cair penuh. Saat masuk ke dalam evaporator, refrigeran dalam fase cair dan gas. Jenis alat ekspansi lainnya yang dapat digunakan untuk menurunkan tekanan, yaitu hand valve, AXV (automatic expansion valve), TXV (thermostatic expansion valve). Katup ekspansi jenis AXV dan TXV biasanya digunakan pada unit mesin pendingin berkapasitas besar dan berkapasitas sedang.


Gambar 2.6 Pipa kapiler

Gambar 2.7 Hand valve

Gambar 2.8 Automatic expansion valve


Gambar 2.9 Thermostatic expansion valve d.

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 yaitu berupa benda-benda yang ada di dalam evaporator mesin pendingin. 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 jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa dengan sirip, pipa-pipa dengan jari-jari penguat dan pipa dengan plat. Gambar 2.10, Gambar 2.11 dan Gambar 2.12 menyajikan jenis-jenis evaporator tersebut. Evaporator jenis pipa bersirip ditemui di kulkas dua pintu, evaporator jenis pipa bersirip dengan jari-jari penguat ditemui di freezer, dan evaporator jenis pipa dengan plat ditemui di kulkas satu pintu.


Gambar 2.10 Evaporator dengan sirip

Gambar 2.11 Evaporator pipa-pipa

e.

Gambar 2.12 Evaporator plat

Filter Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa

saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, refrigeran yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian refrigeran yang telah melewati filter menjadi lebih bersih sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. Selain itu jika tidak ada filter, kotoran akan masuk ke dalam pipa kapiler dan dapat membuat pipa kalor menjadi tersumbat dan menyebabkan sistem menjadi tidak bekerja. Oleh sebab itu filter di tempatkan sebelum pipa kapiler.


Gambar 2.13 Jenis-jenis filter f.

Kipas Kipas ini terdiri dari motor listrik dan baling-baling. Kipas ini berfungsi

untuk menghembuskan udara ke arah kondensor. Udara yang dihembuskan oleh kipas akan mempercepat proses perpindahan kalor dari kondensor menuju lingkungan. Gambar 2.14 menyajikan kipas yang dipergunakan di dalam penelitian ini.

Gambar 2.14 Kipas Komponen utama dari sistem pencurah air antara lain adalah pipa PVC, pompa air, kipas angin, kotak penampungan air dan kran pipa PVC.


a.

Pipa PVC

b.

Pompa air

c.

Kipas angin

d.

Kotak penampungan air

e.

Kran pipa PVC

2.1.3

Siklus Kompresi Uap Siklus kompresi uap merupakan sistem refrigerasi yang menggunakan

refrigeran sebagai media kerjanya. Dalam siklus ini, refrigeran dikompresikan sehingga mengalami kondensasi dan berubah menjadi bentuk cair. Kemudian diuapkan kembali pada suhu rendah dengan menurunkan tekanan pada refrigeran. Uap yang dihasilkan dari proses kompresi, berada pada fase uap kering atau biasa disebut kompresi kering dan pada fase campuran uap-cair atau biasa disebut kompresi basah. Kompresi basah ini biasanya dihindari, karena bisa menimbulkan kerusakan pada kompresor. 3

Qout

2

Win 1 4

Qin

Gambar 2.15 Rangkaian komponen siklus kompresi uap


Gambar 2.16 Siklus kompresi uap pada diagram P-h

Gambar 2.17 Siklus kompresi uap pada diagram T-s

Proses dari siklus kompresi uap adalah sebagai berikut : a.

Proses kompresi (proses 1 – 2) Proses kompresi ini dilakukan oleh kompresor terjadi pada tahap 1 – 2 dari

Gambar 2.16 dan Gambar 2.17. 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. Proses berlangsung secara isentropik. Temperatur ke luar kompresor akan 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 dari Gambar 2.16 dan Gambar 2.17. Proses ini juga biasa disebut desuper heating, refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir ke lingkungan karena suhu refrigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan. c.

Proses kondensasi (proses 2a – 2b) Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a – 2b dari Gambar 2.16 dan

Gambar 2.17. 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 (proses 2b – 3) Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 2b – 3 dari Gambar 2.16 dan

Gambar 2.17. Proses pendinginan lanjut merupakan proses penurunan suhu refrigeran dari 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. e.

Proses penurunan tekanan (proses 3 – 4) Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3 – 4 dari Gambar 2.16 dan

Gambar 2.17. Dalam fasa cair 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. f.

Proses penguapan (proses 4 – 4a) Proses evaporasi terjadi pada tahap 4 – 4a dari Gambar 2.16 dan Gambar

2.17. Dalam fasa campuran cair dan gas, refrigeran yang mengalir ke evaporator memiliki tekanan dan temperatur rendah sehingga ketika menerima kalor dari lingkungan, akan mengubah seluruh fasa fluida refriegeran menjadi gas jenuh. g.

Proses pemanasan lanjut (proses 4a – 1) Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 4a – 1 dari Gambar 2.15 dan

Gambar 2.16. Proses ini merupakan proses dimana uap refrigeran yang meninggalkan evaporator akan mengalami pemanasan lanjut sebelum memasuki kompresor. Pemanasan lanjut tersebut dapat disebabkan oleh jenis pengendali katup cekik yang digunakan, dimana penyerapan panas dapat terjadi pada jalur antara evaporator dan kompresor. 2.1.4

Perhitungan-perhitungan pada Siklus Kompresi Uap Diagram tekanan-entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk

menganalisa unjuk kerja mesin 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 di Gambar 2.16 dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3). Win = h 2 − h1,kJ / kg

(2.3)


Pada persamaan ini ѡ adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), ℎ1 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) dan ℎ2 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg). b.

Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor (Qout) Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor

merupakan perubahan entalpi pada titik 2 ke 3 (lihat Gambar 2.16), perubahan tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.4). Qout = h 2 − h3, kJ / kg

(2.4)

Pada persamaan ini Qout adalah energi kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), ℎ2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor

(kJ/kg) dan ℎ3 adalah 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 ke 1 (lihat Gambar 2.16), perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.5). Qin = h1 − h 4, kJ / kg

(2.5)

Pada persamaan ini Qin adalah energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg), ℎ1 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator

atau sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg) dan ℎ4 adalah

nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi saat

keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai ℎ4= ℎ3 (kJ/kg).


d.

Coefficient of Performance aktual ( COPaktual) Coefficient of Performance aktual dapat dihitung dengan Persamaan (2.6) COPaktual =

Qin Win

(2.6)

Pada persamaan ini Qin adalah energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg) dan Win adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg). e.

Coefficient of Performance ideal (COPideal) Coefficient of Performance ideal dapat dihitung dengan Persamaan (2.7) COPideal =

Te Tc − Te

(2.7)

Pada persamaan ini COPideal adalah Coefficient Of Performance maksimum yang dapat dicapai mesin, Tc adalah suhu mutlak kondensor (K) dan Te adalah suhu mutlak evaporator (K). f.

Efisiensi mesin kompresi uap (η) Efisiensi mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.8)

η=

COPaktual × 100% COPideal

(2.8)

Pada persamaan ini COPaktual adalah Coefficient Of Performance aktual mesin kompresi uap dan COPideal adalah Coefficient Of Performance ideal mesin kompresi uap. g.

Daya Kompresor Mesin Kompresi Uap Daya kompresor dapat dihitung dengan Persamaan (2.9) Pkompresor = V × I

(2.9)


Pada persamaan ini V adalah voltage dari kompresor (Volt) dan I adalah arus listrik kompresor (Ampere), P kompresor adalah daya kompresor (J/s) h.

Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁ) Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.10) m =

Pkompresor / 1000 Win

(2.10)

Pada persamaan ini Pkompresor adalah daya kompresor mesin kompresi uap (kJ/detik) dan ᴡin adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg). 2.1.5

Humidifier Humidifier adalah perangkat yang digunakan untuk menambah kandungan

air di udara. Penambahan kandungan air di udara bertujuan untuk meningkatkan nilai kelembaban relatif dan spesifik di udara. Humidifier biasanya digunakan untuk menambahkan kandungan air di udara dalam suatu ruangan. Humidifier diperlukan dalam menjaga udara di dalam ruangan agar memiliki kelembaban yang sesuai dengan kebutuhan. Humidifier biasannya digunakan pada ruangan rumah, kantor, atau pada industri. Penggunaan humidifier di ruangan rumah bertujuan untuk menjaga kelembaban dan menurunkan suhu udara agar penghuni dapat melakukan aktivitas dengan nyaman. Seperti yang telah diketahui, penggunanan humidifier di rumah, disertai juga dengan proses penurunan suhu udara, proses ini biasanya disebut dengan proses evaporative cooling. Sedangkan pada industri, humidifier digunakan agar tingkat kelembaban udara tidak menghambat proses produksi.


2.1.6

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 parameter udara secara cepat dan cukup presisi. Untuk mengetahui nilai dari propertiproperti ( Tdb, Twb, W, RH, H, SpV ) bisa dilakukan apabila minimal dua buah parameter tersebut sudah diketahui. Contoh gambar Psychrometric chart ditampilkan pada Gambar 2.18. 2.1.6.1 Parameter-parameter Udara Psychrometric chart Parameter-parameter

udara

Psychrometric

chart

:

(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), (g) Volume Spesific (SpV). a. Dry-bulb Temperature (Tdb) Dry-bulb Temperatur adalah suhu udara pada keadaan kering yang diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan bulb (tidak diselimuti kain basah). b. Wet-bulb Temperature (Twb) Wet-bulb Temperature adalah suhu udara pada keadaan kering yang diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan bulb (diselimuti kain basah). 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. d. Specific Humidity (W) Specific Humidity adalah jumlah uap air yang terkandung di udara dalam setiap kilogram udara kering (kg air/kg udara kering). e. Relative Humidity (%RH) Relative Humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1m3 dengan jumlah air maksimum yang dapat terkandung dalam 1m3 dalam bentuk persentase. 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 kubu per kilogram udara kering.


2.18 Gambar psychrometric chart

26


2.1.5.2 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 kelembaban (cooling and dehumidify), (b) proses pemanasan sensibel (sensible heating), (c) proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (evaporative cooling), (d) proses pendinginan sensibel (sensible cooling), (e) proses humidify, (f) proses dehumidify, (g) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify), (h) proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidify).

Gambar 2.19 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric chart a.

Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidify)

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 kelembaban spesifik.


Sedangkan kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya. 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 kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan. c.

Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (evaporative cooling) Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (evaporative cooling)

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, kelembaban relatif dan kelembaban spesifik. 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 kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik dan suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. e.

Proses humidify


Proses humidify merupakan penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. f.

Proses dehumidify Proses dehumidify merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada

udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. g. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify) Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidify) berfungsi untuk menaikkan suhu bala kering dan menurunkan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembaban relatif tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering. h. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidify) Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering. 2.1.5.3 Proses-proses yang terjadi pada Mesin Penghasil Air Aki Proses-proses pada mesin penghasil air aki yang terjadi pada peralatan penelitian, meliputi proses-proses evaporative cooling, proses pendinginan sensibel, proses pendinginan dan pengembunan serta proses pemanasan sensibel


Gambar 2.20 Proses-proses pada mesin penghasil air aki pada Psychrometric chart a. Proses evaporative cooling (Proses d-a) Proses evaporative cooling terjadi pada proses d-a dari Gambar 2.20. Pada proses ini udara didinginkan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, dan penurunan suhu bola kering. Proses ini terjadi saat air melewati curahan air. b. Proses pendinginan sensibel (Proses a-b) Proses pendiginan sensibel terjadi pada proses a-b dari Gambar 2.20, pada proses ini terjadi pengambilan kalor sensibel dari udara oleh evaporator sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses ini, terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik, namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Proses ini terjadi pada saat udara mulai memasuki evaporator. c. Proses pendinginan dan proses pengembunan (Proses b-c) Proses pendinginan dan proses prngembunan terjadi pada proses b-c dari Gambar 2.20. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur pada bola kering,


temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik. Sedangkan kelembaban relatif tetap, pada RH :100%. Proses ini terjadi ketika udara melalui evaporator, sebagian uap dari udara mengembun menjadi air. d. Proses pemanasan sensibel (proses c-d) Proses pemanasan sensibel terjadi pada proses c-d dari Gambar 2.20, Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan. Proses ini terjadi ketika udara yang keluar dari evaporator melalui kondensor. 2.1.7

Perhitungan pada psychrometric chart

a. Laju aliran massa air yang diembunkan (ṁair) laju aliran massa air yang diembunkan (ṁair) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.11) m air =

mair ∆t

(2.11)

Pada persamaaan ini ṁ adalah laju aliran massa air, 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 adalah massa air, dan ∆𝑡𝑡

adalah waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan air. b. Massa air yang dihasilkan persatuan massa udara

Massa air yang dihasilkan persatuan massa udara dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.12)

∆w = wa − wb

(2.12)


Pada persamaan ini ∆𝑤𝑤 adalah massa air yang dihasilkan persatuan massa udara,

𝑤𝑤𝑏𝑏 adalah massa air yang dihasilkan persatuan massa udara pada titik b,

𝑤𝑤𝑎𝑎 adalah massa air yang dihasilkan persatuan massa udara pada titik a. c. Laju aliran massa udara

Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.13) m udara =

m air ∆w

(2.13)

Pada persamaan ini ṁ𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 adalah laju aliran massa udara, ṁ𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 adalah laju aliran

massa air yang diembunkan, ∆𝑤𝑤 adalah massa air yang dihasilkan persatuan massa udara.

d. Debit aliran udara Debit aliran udara dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.14) Q=

m udara

ρudara

(2.14)

Pada persamaan ini 𝑄𝑄 adalah debit aliran udara, ṁ𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 adalah laju aliran massa

udara, ⍴𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 adalah massa jenis udara.

2.2 Tinjauan Pustaka

Indri Yaningsih, Tri Istanto dan Wibawa Endra Juwana (2015) melakukan penelitian untuk menguji pengaruh penggunaan refrigeran terhadap unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Pada penelitian ini refrigeran yang digunakan adalah HCR134a, HCR-12 dan HFC-134a. Temperatur air laut dikondisikan pada temperatur konstan sebesar 45ᵒC. Kompresor dioperasikan pada putaran konstan sebesar


1.200 rpm, laju aliran volumentrik air laut dijaga sebesar 300 l/jam, dan air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang. Hasil penelitian menunjukkan unit desalinasi berbasis

pompa

kalor

dengan

menggunakan

proses

humidifikasi

dan

dehumidifikas dengan menggunakan refrigeran HCR-134a menghasilkan produksi air tawar sebesar 25,6 liter/hari dan COP aktual 5,5 lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan refrigeran HCR-12 dan HFC-134a berturut-turut adalah 24,4 liter/hari, 22,1 liter/hari dan 5,4 dan 5,2. Air tawar hasil proses desalinasi memiliki nilai salinitas 715 ppm.\ Dedet Hermawan dan Muhrom Khudhori (2015) melakukan penelitian untuk menguji pengaruh kecepatan udara dan efisiensi kolektor surya plat datar dua laluan dengan dua penutup kaca terhadap unjuk kerja unit desalinasi surya berbasis

pompa

kalor

dengan

menggunakan

proses

humidifikasi

dan

dehumidifikasi. Unit ini terdiri dari sistem pompa kalor, Humidifier, dehumidifier dan pemanas udara surya plat datar dua laluan dengan dua penutup kaca. Penelitian dilakukan secara indoor experiment. Energi surya dihasilkan dari simulator surya dengan mengguankan lampu halogen. Pada penelitian ini kecepatan udara divariasikan sebesar sebesar 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s, dan 6 m/s, sedangkan intensitas radiasi matahari sebesar 828 Watt/m2. Pada setiap variasi kecepatan udara, temperatur air laut dikondisikan pada temperatur konstan sebesar 45ᵒC, kompresor dioperasikan pada putaran 900 rpm, laju aliran volumentrik air laut sebesar 300 liter/jam dan air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang. Laju produksi air tawar optimum pada penelitian ini didapat pada kecepatan udara


masuk humidifier sebesar 6 m/s. Laju produksi air tawar maksimum sebesar 2470 ml/jam. Indri Yaningsih dan Tri Istanto (2014), melakukan penelitian dengan menguji laju aliran massa udara terhadap produktivitas tawar unit desalinasi berbasis

pompa

kalor

dengan

menggunakan

proses

humidifikasi

dan

dehumidifikasi. Pada penelitian tersebut laju aliran massa udara divariasikan sebesar 0,0103 kg/s, 0,0153 kg/s, 0,0202 kg/s, 0,0306 kg/s dengan cara mengatur kecepatan udara sebesar 2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s, 6 m/s. Untuk setiap pengujian, laju aliran massa air laut masuk humidifier dijaga konstan sebesar 0,0858 kg/s, temperatur air laut masuk humidifier dijaga konstan sebesar 45ᵒC, salinitas air laut umpan sebesar 31.342 ppm dan air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produktivitas air tawar unit desalinasi meningkat dengan kenaikan laju aliran massa udara hingga ke sebuah nilai optimum dan menurun setelah nilai optimun tersebut. Produksi air tawar optimum diperoleh pada laju aliran massa udara 0,0202 kg/s yaitu sebesar 24,48 liter/hari. Produksi air tawar unit desalinasi ini pada laju aliran massa air laut 0,0858 kg/s untuk laju aliran massa udara 0,0103 kg/s, 0,0153 kg/s, 0,0202 kg/s, 0,0306 kg/s berturutturut rata-rata sebesar 11,28 liter/hari, 18,72 liter/hari, 24,48 liter/hari, 23,04 liter/hari, 21,60 liter/hari. Air tawar hasil unit desalinasi memiliki nilai salinitas 620 ppm.


BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian Proses penelitian dilakukan dengan pengambilan data secara langsung terhadap alat yang telah dibuat dan dilakukan di laboratorium, sehingga metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental. 3.2 Variasai Penelitian a.

Variabel bebas Variabel bebas merupakan variabel yang dapat diubah dalam melakukan

penelitian. Penelitian ini memiliki variabel bebas, yaitu kecepatan kipas angin sebelum evaporator : a) Kecepatan kipas nol ( tanpa kipas ) b) Kecepatan kipas 1

(1,28 m/detik )

c) Kecepatan kipas 3

(1,62m/detik )

b.

Variabel terikat Variabel terikat merupakan variabel yang hasilnya tergantung pada variabel

bebas. Ketika penelitian berlangsung, akan diperoleh data yang kemudian diolah dan dilakukan pembahasan. Variabel terikat pada penelitian ini adalah COPideal, COPaktual, efisiensi mesin kompresi uap dan jumlah air aki yang dihasilkan pejamnya.

35


3.3 Objek Penelitian Objek yang diteliti dalam penelitian ini adalah mesin penghasil air aki dengan siklus kompresi uap. Mesin penghasil air aki yang diteliti dapat dilihat pada Gambar 3.1 beserta penjelasan nama bagian-bagian mesin penghasil air aki yang dijadikan objek penelitian.

Gambar 3.1 Skema mesin penghasil air aki Pada Gambar 3.1 menunjukkan bagian-bagian mesin, yaitu bagian : a. Evaporator, b. Pompa air, c. Kipas, d. Rangkaian pipa PVC / Pencurah air, e. Kondensor, f. Kipas,


g. Bak penampungan air. h. Gelas ukur 3.4 Alat dan Bahan Penelitian Dalam proses pembuatan mesin penghasil air aki ini diperlukan alat dan bahan sebagai berikut : 3.4.1 Alat Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan lemari mesin penghasil air aki antara lain : a. Bor listrik Bor listrik digunakan untuk membuat lubang. Pembuatan lubang dilakukan untuk pemasangan baut, dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Bor listrik b. Gergaji Gergaji digunakan untuk memotong papan kayu, tripleks, kayu balok yang digunakan untuk pembuatan lemari mesin penghasil air aki, dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Gergaji c. Obeng


Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang digunakan adalah obeng (+) dan obeng (-), dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Obeng d. Meteran dan Mistar Meteran dan mistar digunakan uruk mengukur panjang, lebar dan tinggi bahan yang akan digunakan dalam membuat mesin penghasil air aki, dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Mistar atau meteran e. Pisau cutter Pisau cutter digunakan untuk memotong suatau benda, dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.6 Pisau cutter f. Lakban Lakban digunakan untuk menutup celah-celah sambungan pada lemari ataupun mesin penghasil air aki, dapat dilihat pada Gambar 3.7.


Gambar 3.7 Lakban g. Tang Tang digunakan untuk memotong, menarik, dan mengikat kawat agar kencang, dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Tang h. tube cutter tube cutter merupakan alat pemotong pipa tembaga, dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Tube cutter i. Tube expander Tube expander atau pelebar pipa berfungsi untuk mengembangkan ujung pipa tembaga agar sambungan antar pipa lebih baik dan mempermudah proses pengelasan, dapat dilihat pada Gambar 3.10.


Gambar 3.10 Tube expander j. Gas las Hi-cook Peralatan las digunakan dalam penyambungan pipa tembaga, dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Gas las Hi-cook k. Bahan las Bahan las yang digunakan adalah perak, kawat las kuningan dan borak. Penggunaan borak sebagai bahan tambahan bertujuan agar sambungan pengelasan lebih merekat. 3.4.2 Bahan Bahan atau komponen yang digunakan dalam proses pembuatan mesin penghasil air aki, antara lain : a. Papan kayu dan tripleks Papan kayu tripleks digunakan sebagai casing luar mesin penghasil air aki. Sedangkan papan kayu digunakan sebagai rangka dalam dan meja atau penopang mesin penghasil air aki.


b. Roda Roda digunakan sebagai alat bantu untuk mempermudah pada saat memindahkan mesin penghasil air aki, dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Roda c. Tali Tali digunakan untuk mengikat kipas pada mesin penghasil air aki, dapat dilihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Tali d. Kompresor Penjelasan tentang kompresor dapat dilihat pada bagian 2.1.1 komponenkomponen mesin. e. Kondensor Penjelasan tentang kondensor dapat dilihat pada bagian 2.1.1 komponenkomponen mesin. f. Evaporator Penjelasan tentang evaporator dapat dilihat pada bagian 2.1.1 komponenkomponen mesin.


g. Pipa kapiler Penjelasan tentang pipa kapiler dapat dilihat pada bagian 2.1.1 komponenkomponen mesin. h. Filter Penjelasan tentang filter dapat dilihat pada bagian 2.1.1 komponenkomponen mesin. i. Refrigeran Refrigeran adalah gas yang digunakan sebagai fluida pendingin. Refrigeran. berfungsi untuk menyerap atau melepas kalor dari lingkungan sekitar. Jenis gas yang digunakan dalam penelitian ini adalah R 410. 3.5 Alat Bantu Penelitian Alat bantu yang digunakan untuk mendapatkan data pada penelitian ini adalah termometer udara basah, termometer udara kering, thermocouple, stopwatch, gelas ukur dan penampil suhu digital. a. Termometer udara basah (Twb) dan udara kering (Tdb) (hygrometer) Termometer udara basah digunakan untuk mengukur suhu udara basah sedangkan termometer udara kering untuk mengukur suhu udara kering di ruangan, dapat dilihat pada Gambar 3.14.


Gambar 3.14 hygrometer b. Thermocouple dan penampil suhu digital Thermocouple digunakan untuk mengukur perubahan suhu pada saat pengambilan data. Ujung thermocouple diletakkan atau ditempelkan pada bagian yang akan diukur suhunya. Kemudian nyalakan penampil suhu digital untuk mengetahui suhu pada bagian yang ingin diketahui suhunya. Bagian yang akan diambil datanya menggunakan thermocouple dan penampil suhu digital yaitu suhu kondensor, suhu evaporator.

Gambar 3.15 Thermocouple dan penampil suhu digital

c. Stopwatch Stopwatch digunakan sebagai acuan waktu yang dibutuhkan saat pengambilan data, dapat dilihat pada Gambar 3.16.


Gambar 3.16 stopwatch d. Gelas ukur Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume air yang dihasilkan evaporator pada saat pengambilan data, dapat dilihat pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17 gelas ukur 3.6 Tata Cara Penelitian 3.6.1 Skema Penelitian Mempersiapkan terelebih dahulu skema penelitian yang akan digunakan saat penelitian, sebelum melakukan pengambilan data. Skema penelitian akan mempermudah jalannya penelitian. Gambar 3.18 memperlihatkan skema pembuatan dan penelitian yang akan diterapkan pada penelitian.


Gambar 3.18 Skema pembuatan dan penelitian mesin Penelitian ini dimulai dengan menyiapkan komponen-komponen mesin penghasil air aki seperti kipas angin, kompresor, kondensor, pompa air, katup air, rangkaian pipa PVC, filter, pipa kapiler dan evaporator. Setelah menyiapkan komponen-komponen mesin kemudian masuk pada proses pembuatan mesin penghasil air aki, pada bagian ini kita merancang terlebih dahulu skema mesin yang akan dibuat agar pada saat pemasangan komponen-


komponen mesin tidak keliru dan mesin yang dibuat sesuai dengan fungsi dan tujuannya. Setelah mesin sudah jadi, kemudian dilakukan beberapa kali percobaan dengan 3 variasi dari percobaan pada mesin penghasil air aki untuk mengecek kinerja mesin yang dibuat supaya data yang dihasilkan falid pada waktu pengambilan data. Tahap selanjutnya pengambilan data, pada tahap ini kita mempersiapkan alat-alat ukur yang digunakan saat pengambilan data seperti Termometer udara basah dan udara kering (hygrometer), Thermocouple, Stopwatch dan Gelas ukur. Untuk mempermudah saat penulisan saat pengambilan data kita juga mempersiapkan tabel penulisan data seperti pada tabel 3.1. Persiapan pengambilan data sudah selesai kemudian masuk pada tahap pengambilan data, pengambilan data dilakukan terhitung pada saat mesin dinyalakan atau mulai berkerja dan data berikutnya di tulis setiap 10 menit sekali dan lakukan hal yang sama untuk lanjutan pengambilan dengan 3 variasi dari percobaan pada mesin penghasil air aki . Setelah data terkumpul kemudian mengolah data yang sudah didapatkan, untuk menganalisis karakteristik dari mesin yang dibuat kita menggunakan beberapa perhitungan. Untuk menghitung kerja kompresor menggunakan persamaan 2.3, energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor menggunakan persamaan 2.4, energi kalor yang diserap oleh evaporator menggunakan persamaan 2.5, Coefficient of Performance aktual menggunakan persamaan 2.6, Coefficient of Performance ideal menggunakan persamaan 2.7, efisiensi mesin kompresi uap menggunakan persamaan 2.8, daya kompresor mesin kompresi uap menggunakan persamaan 2.10 dan laju aliran massa refrigeran menggunakan persamaan 2.11


dengan memasukkan data-data yang sudah didapatkan pada rumus perhitungan yang digunakan, kemudian menjadikan hasil pengolahan data sebagai pembahasan, setelah semua selesai dapat ditarik kesimpulan dan saran dari mesin yang dibuat dan penelitian selesai. 3.6.2

Pembuatan Mesin Penghasil Air Aki

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin penghasil air aki yaitu : a. Merancang bentuk dan model mesin penghasil air aki b. Membuat dan memasang rangka serta kedudukan mesin penghasil air aki dengan menggunakan bahan papan dan balok kayu. c. Memasang tripleks sebagai penutup bagian luar rangka atau sebagai cashing d. Pemasangan bak penampungan air dan bagian pancuran. e. Pemasangan komponen mesin penghasil air aki seperti evaporator, kondensor, kompresor, filter dan kipas. f. Pemasangan sambungan-sambungan pipa dan pengelasan pipa tembaga g. Menutup rapat setiap celah udara yang ada h. Membuat lubang pada cashing mesin untuk pipa penyaluran hasil air aki. i. Membuat lubang pada casihng mesin untuk pemasangan kelistrikan mesin. 3.7 Skema Pengambilan Data Penelitian Skema pengambilan data penelitian menunjukkan penempatan susunan alat bantu yang digunakan untuk pengambilan data pada mesin pendingin. Skema pengambilan data penelitian mesin pendingin dapat dilihat pada Gambar 3.19. Peralatan tambahan yang digunakan dalam pengambilan data adalah termometer


udara kering dan basah , thermocouple APPA dan stopwatch.

Gambar 3.19 Skema pengambilan data Pada Gambar 3.19 menunjukan skema pengambilan data penelitian mesin penghasil air aki. Bagian-bagian yang diperlukan dalam pengambilan data penelitian adalah sebagai berikut : a. Termometer udara kering dan basah (Tdb dan Twb) Termometer udara kering dan basah ini digunakan untuk mengukur suhu udara setelah melewati kondensor dan suhu udara sebelum masuk evaporator. b. Thermocouple dan penampil suhu digital (T3) Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu refrigeran masuk evaporator. c. Thermocouple dan penampil suhu digital (T4) Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu udara keluar evaporator. d. Thermocouple dan penampil suhu digital (T1)


Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu refrigeran masuk kondensor. e. Thermocouple dan penampil suhu digital (T2) Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu udara setelah melewati kondensor. f. Gelas ukur Gelas ukur digunakan untuk menampilkan air aki yang dihasilkan. 3.8 Cara Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan dengan mencatat data langsung dari pengukuran. Langkah-langkah pengambilan data adalah sebagai berikut : a.

Pengambilan data diawali dengan menyiapkan alat mesin penghasil air aki.

b.

Mengkalibrasi termometer yang digunakan untuk mengukur suhu.

c.

Menyiapkan stopwatch, thermocouple, termometer udara basah dan udara kering, serta gelas ukur.

d.

Memasang thermocouple pada titik-titik yang akan diambil datanya.

e.

Mencatat terlebih dahulu suhu dan tekanan setiap titik pengambilan data pada menit ke- 0.

f.

Menghidupkan mesin dan stopwatch pada waktu yang bersamaan.

g.

Mencatat data yang pengamatan yang ditunjukan langsung pada thermocouple APPA dan termometer udara basah dan kering serta jumlah air yang dihasilkan setiap 10 menit sekali selama satu jam.

h.

Pengujian dilakukan selama 2 jam untuk setiap variasi kecepatan kipas.


Data yang diukur saat pengambilan data dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut : Tabel 3.1. Tabel pengambilan data penelitian Waktu Menit No 1.

0

2.

10

3.

20

4.

30

5.

40

6.

50

7.

60

8.

70

9.

80

11.

90

12.

100

13.

110

14.

120

T1 ( C) o

T2 ( C) o

T3 ( C) o

T4 ( C) o

Tdb (oC)

Twb (oC)

Keterangan : a.

T1 adalah suhu refrigeran masuk kondensor.

b.

T2 adalah suhu udara setelah melewati kondensor.

c.

T3 adalah suhu refrigeran masuk evaporator.

d.

T4 adalah suhu udara setelah melewati evaporator

Hasil air (liter)


e.

Tdb adalah suhu udara bola kering setelah proses evaporative cooling.

f.

Twb adalah suhu udara bola basah setelah proses evaporative cooling.

3.9 Cara Mengolah Data Data yang diperoleh dari hasil pengamatan langsung pada saat penelitian. Hasil pencatatan data dimasukkan kedalam tabel perhitungan. Berikut langkahlangkah mengolah data : a.

Memasukan data yang diperoleh dari hasil pengujian ke dalam tabel.

b.

Menggunakan data yang diperoleh untuk menggambarkan siklus kompresi uap pada P-h diagram, sesuai dengan refrigeran yang digunakan. Gambar 3.20 merupakan contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi.

Gambar 3.20 Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi


c.

Mendapatkan nilai entalpi h1, h2, h3, h4, suhu kondensor dan suhu evaporator dari siklus kompresi uap pada P-h diagram.

d.

Setelah entalpi diketahui, entalpi digunakan untuk mengetahui karakteristik dari mesin pendingin dengan cara menghitung kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout), kalor yang diserap oleh evaporator (Qin), kerja yang dilakukan oleh kompresor (Win), COP dan efisiensi dari mesin pendingin.

3.10 Cara Mendapatkan Kesimpulan Kesimpulan didapatkan dari hasil pengolahan data. Dengan pengolahan data dapat dilakukan pembahasan terhadap hasil-hasil penelitian. Untuk mempermudah pembahasan, hasil pengolahan data ditampilkan dalam bentuk grafik. Pembahasan dilakukan dengan berdasarkan tujuan penelitian dan hasil-hasil dari peneletian yang telah dilakukan orang lain. Kesimpulan diambil dari intisari hasil-hasil pembahasan dan sesuai dengan tujuan penelitian.


BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian Hasil yang didapatkan dalam penelitian mesin penghasil air aki menggunakan mesin kompresi uap dengan variasi jarak antara lubang dan kecepatan kipas sebelum evaporator meliputi; jumlah air yang dihasilkan, suhu refrigeran masuk kondensor (T1) , suhu udara setelah melewati kondensor (T2), suhu refrigeran masuk evaporator (T3), suhu udara keluar evaporator (T4), suhu udara bola kering dan suhu udara bola basah setelah proses evaporative cooling (Tdb dan Twb). Pengujian dilakukan 3 kali percobaan untuk setiap variasi jarak lubang dan kecepatan kipas sebelum evaporator, kemudian dihitung hasil rata-ratanya. Hasil rata-rata disajikan pada Tabel 4.1 s/d Tabel 4.3. Tabel 4.1 Data hasil rata-rata penelitian untuk jarak lubang antar pancuran 2 cm dan tanpa kipas sebelum evaporator waktu

T1

T2

T3

T4

Tdb

Twb

hasil air

menit

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(liter)

0

59,77

48,10

21,67

23,87

37,17

29,17

0,000

10

62,03

49,17

22,50

25,77

38,83

29,83

0,217

20

63,73

49,57

22,70

26,07

39,33

30,33

0,427

30

63,70

49,90

22,70

26,20

39,67

30,50

0,637

40

64,17

50,17

23,03

26,30

40,00

30,83

0,847

50

64,43

50,43

23,10

26,53

40,33

31,00

1,057

53


waktu

T1

T2

T3

T4

Tdb

Twb

hasil air

menit

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(liter)

60

65,10

51,53

23,27

27,10

40,33

31,00

1,267

70

65,13

51,40

23,10

26,80

40,33

31,00

1,477

80

65,30

51,73

23,43

27,23

40,50

31,33

1,687

90

65,07

51,30

23,63

27,60

40,50

31,33

1,897

100

65,23

51,03

23,80

28,10

40,50

31,33

2,110

110

65,30

51,27

23,93

27,87

40,67

31,67

2,323

120

65,83

51,77

23,77

27,63

40,67

31,67

2,537

rata-rata

64,22

50,57

23,13

26,70

39,91

30,85

jumlah air aki yang dihasilkan perjam-nya

1,268

Tabel 4.2 Data hasil rata-rata penelitian untuk jarak lubang antar pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 1 waktu

T1

T2

T3

T4

Tdb

Twb

hasil air

menit

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(liter)

0

59,27

46,57

19,87

22,60

35,00

26,83

0,000

10

60,87

47,00

20,50

23,67

36,17

27,67

0,227

20

62,13

48,37

21,00

24,30

37,33

28,33

0,450

30

63,07

49,33

21,50

24,97

37,83

28,83

0,670

40

63,70

49,40

21,70

25,27

38,33

29,17

0,890

50

64,43

49,80

22,30

25,77

38,83

29,50

1,110

60

65,00

50,07

22,47

25,73

39,17

29,83

1,330


waktu

T1

T2

T3

T4

Tdb

Twb

hasil air

menit

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(liter)

70

66,10

52,00

22,70

26,57

40,83

30,67

1,550

80

66,30

52,00

22,80

26,20

40,83

30,83

1,770

90

66,43

52,00

22,77

26,33

40,83

30,83

1,990

100

66,60

52,10

22,87

26,47

41,00

30,83

2,210

110

66,83

52,13

22,97

26,60

41,17

31,00

2,430

120

66,63

52,13

22,90

26,97

41,17

31,00

2,650

rata-rata

64,97

51,69

22,45

26,12

40,03

30,22


1,325

Tabel 4.3 Data hasil rata-rata penelitian untuk jarak lubang antar pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 waktu

T1

T2

T3

T4

Tdb

Twb

hasil air

menit

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(liter)

0

59,27

46,57

19,87

22,60

35,00

26,83

0,000

10

60,87

47,00

20,50

23,67

36,17

27,67

0,240

20

62,13

48,37

21,00

24,30

37,33

28,33

0,480

30

63,07

49,33

21,50

24,97

37,83

28,83

0,720

40

63,70

49,40

21,70

25,27

38,33

29,17

0,960

50

64,43

49,80

22,30

25,77

38,83

29,50

1,200

60

65,00

50,07

22,47

25,73

39,17

29,83

1,440

70

65,53

50,47

22,47

26,13

39,67

30,17

1,680


waktu

T1

T2

T3

T4

Tdb

Twb

hasil air

menit

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

(liter)

80

65,50

50,87

22,60

26,27

40,00

30,33

1,920

90

65,73

51,13

22,83

26,57

40,17

30,50

2,160

100

65,73

51,17

22,97

26,63

40,50

30,83

2,400

110

66,33

51,27

23,30

26,77

40,67

31,00

2,640

120

66,50

51,63

23,30

26,93

41,00

31,00

2,880

rata-rata

64,14

49,77

22,06

25,51

38,82

29,54


1,440

4.2 Perhitungan Diagram

tekanan-entalpi

siklus

kompresi

uap digunakan

untuk

menganalisa unjuk kerja mesin kompresi uap yang meliputi kerja kompresor, energi yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator, COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran dapat dilihat pada Gambar 4.1, yang dimana garis tekanan ditentukan dari name plat yang terdapat pada mesin. Dari Gambar 4.1 untuk tekanan kerja evaporator (tekanan rendah) P1 = 1,77 MPa suhu kerja evaporator (Tevap) sebesar 25,4oC (298,4 K), tekanan kerja kondensor (tekanan tinggi) P2 = 3,21 MPa suhu kerja kondensor (Tkond) sebesar 52oC (325 K), entalpi pada titik 1 (h1) sebesar 429,7 kJ/kg, entalpi pada titik 2 (h2) sebesar 445,9 kJ/kg, entalpi pada titik 3 sama dengan titik 4 (h3=h4) sebesar 294,5 kJ/kg.


Gambar 4.1 P-h diagram mesin kompresi uap

57


Perhitungan Kerja kompresor (Win) Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada diagram P-h titik 1-2 di Gambar 4.1 dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3). Perhitungan kerja kompresor adalah sebagai berikut : Win = h 2 − h1 Win = 445,9kJ / kg − 429,7 kJ / kg Win = 16,2kJ / kg

a. Perhitungan Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor (Qout) Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2 ke 3 pada Gambar 4.1, perubahan tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.4). Perhitungan Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor adalah sebagai berikut : Qout = h 2 − h3 Qout = 445,9kJ / kg − 294,5kJ / kg Qout = 151,4kJ / kg

b. Perhitungan energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin) Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada titik 4 ke 1 pada Gambar 4.1, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.5). Perhitungan Energi kalor yang diserap oleh evaporator adalah sebagai berikut : Qin = h1 − h 4 Qin = 429,7 kJ / kg − 294,5kJ / kg Qin = 135,2kJ / kg

c. Perhitungan Coefficient of Performance aktual ( COPaktual)


COPaktual dapat dihitung dengan Persamaan (2.6). Perhitungan COPaktual adalah sebagai berikut : Qin Win 135,2kJ / kg = 16,2kJ / kg = 8,345

COPaktual = COPaktual COPaktual

d. Perhitungan Coefficient of Performance ideal (COPideal) COPideal adalah COP maksimum yang dapat dicapai oleh mesin, Tc adalah suhu mutlak kondensor (K) dan Te adalah suhu mutlak evaporator (K). Dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan dihitung dengan Persamaan (2.7). Perhitungan COPideal adalah sebagai berikut : Te Tc − Te 298,4 K = 325 K − 298,4 K = 11,218

COPideal = COPideal COPideal

e. Perhitungan efisiensi mesin kompresi uap (η) Efisiensi mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.8). Perhitungan efisiensi mesin kompresi uap adalah sebagai berikut : COPaktual × 100% COPideal 8,345 × 100% η= 11,218 η = 74,38%

η=

f. Perhitungan kelembaban spesifik setelah melewati pancuran (Wa) dan kelembaban spesifik sebelum memasuki pancuran (Wd).


Kelembaban spesifik setelah melewati pancuran (Wa) dan kelembaban spesifik sebelum memasuki pancuran (Wd) dapat dicari dengan menggunakan psychrometric chart. Kelembaban spesifik setelah melewati pancuran (Wa) dapat diketahui melalui garis kelembaban pada titik A atau suhu udara sesudah melewati kondensor dan pancuran. Kemudian kelembaban spesifik sebelum memasuki pancuran (Wc) dapat diketahui melalui garis kelembaban spesifik pada titik D atau suhu udara setelah melewati evaporator dan kondensor. Sebagai contoh menentukan kelembaban spesifik setelah melewati pancuran (Wa) dan kelembaban spesifik sebelum memasuki pancuran (Wc) pada mesin penghasil air aki untuk variasi jarak lubang pancuran 2 cm dan tanpa kipas adalah sebagai berikut :

Gambar 4.2 Psychrometric chart jarak lubang pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3



g. Perhitungan massa air yang dihasilkan persatuan massa udara (∆𝑤𝑤) Massa air yang dihasilkan persatuan massa udara (∆𝑤𝑤) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.12). Sebagai contoh perhitungan massa air yang dihasilkan persatuan massa udara (∆𝑤𝑤) rata-rata untuk variasi jarak lubang pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 adalah sebagi berikut : ∆w = wa − wb ∆w = 0,0227 − 0,0204 ∆w = 0,0023kgair / kgudara

h. Perhitungan laju aliran massa air yang diembunkan (ṁair) Laju aliran massa air yang diembunkan (ṁair) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.11) untuk mempermudah perhitungan maka satuan hasil air aki dalam volume dikonversi terlebih dahulu menjadi satuan massa (1 liter sama dengan 1 kg). Sebagai contoh perhitungan laju massa air yang diembunkan (ṁair) rata-rata untuk variasi jarak lubang pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 adalah sebagai berikut : mair ∆t 2,880kg = 2 jam = 1,440kg / jam

m air = m air m air

i. Perhitungan laju aliran massa udara (ṁudara) laju aliran massa udara (ṁudara) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.13). Sebagai contoh perhitungan laju aliran massa udara (ṁudara) rata-


rata untuk variasi jarak lubang pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 adalah sebagai berikut : m air ∆w 1,440kgair / jam : 3600 det m udara = 0,0023kgair / kgudara m udara = 0,174kgudara / det m udara =

j. Perhitungan debit aliran udara (Qudara) Debit aliran udara (Qudara) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.14). Sebagai contoh perhitungan debit aliran udara (Qudara) rata-rata dengan nilai rho udara (⍴udara) sebesar 1,2 kg/m3 untuk variasi jarak lubang pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 adalah sebagi berikut : Q=

m udara

Q=

0,174kg / det 1,2kg / m 3

ρudara

Q = 0,145m 3 / det


Tabel 4.4 Data hasil perhitungan Wa

Wd

∆W

kgair/kgudara

kgair/kgudara

kgair/kgudara

0,0228

0,0223

0,0005

0,587

0,705

1,268

0,0235

0,0216

0,0019

0,161

0,194

1,325

0,0227

0,0204

0,0023

0,145

0,174

1,440

Qudara

ṁudara

m3/detik kgudara/detik

ṁair kgair/jam

4.3 Pembahasan Dari Tabel 4.1 s/d 4.4 dan Gambar 4.3 dapat diketahui bahwa mesin penghasil air aki sistem tertutup yang dibuat mampu menghasilkan air aki. Massa air aki yang dihasilkan dengan rentang waktu 120 menit tanpa kipas sebelum evaporator dengan hasil air aki 2,54 kg, kipas sebelum evaporator on kecepatan 1 dengan hasil 2,65 kg dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 dengan hasil 2,88 kg.


massa air aki selama proses (kg)

65

1,60 1,40

tanpa kipas

1,20 1,00

kipas kecepatan 1 ( 1,28 m/detik )

0,80 0,60 0,40

kipas kecepatan 3 ( 1,62 m/detik )

0,20 0,00

0

10

20

30

40

50

60

waktu (menit)

Gambar 4.3 Jumlah massa air aki yang dihasilkan dari waktu ke waktu, untuk berbagai variasi Berdasarkan Gambar 4.3 dapat diketahui bahwa untuk kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 menghasilkan air aki paling banyak dengan hasil 1,44 kg dalam rentang waktu 1 jam , sedangkan tanpa kipas sebelum evaporator menghasilkan air aki paling sedikit dengan hasil 1,268 kg dalam rentang waktu 1 jam. Tabel 4.5 hasil air aki jika mesin dioperasikan selama 24 jam

On

1 2 3

kecepatan kipas sebelum evaporator kecepatan 3 (1,62 m/detik) kecepatan1 (1,28 m/detik) tanpa kipas

jumlah air yang dihasilkan (kg/jam)

proses yang dibutuhkan (dikalikan)

tolal hasil (kg/hari)

1,440

24

34,56

1,325

24

31,80

1,268

24

30,43

Jika mesin penghasil air aki dioperasikan selama 24 jam maka hasil air aki yang didapatkan dapat dihitung. Dari Tabel 4.7 dapat diketahui bahwa air aki yang


dihasilkan dari tiga variasi yang dilakukan, hasil air aki jika mesin penghasil air aki dioperasikan selama 24 jam yaitu, kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 menghasilkan air aki dengan total 34,56 kg/hari, kipas sebelum evaporator on kecepatan 1 menghasilkan air aki dengan total 31,80 kg/hari, dan tanpa kipas sebelum evaporator menghasilkan air aki dengan total 30,43 kg/hari. Maka dapat dikatakan kecepatan kipas paling efektif untuk kurun waktu 24 jam adalah kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 dan yang tidak efektif adalah tanpa kipas sebelum evaporator. 4.3.1 Pengaruh kecepatan kipas sebelum evaporator terhadap penambahan kadar uap air Pada psychrometric chart penambahan kadar uap air paling besar adalah pada jarak lubang antar pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3. Hal ini disebabkan karena kipas yang digunakan bekerja dengan maksimal dalam menghisap kandungan uap air pada pancuran sehingga kandungan uap air yang akan diserap evaporator semakin banyak. Pada penelitian jarak lubang antar pancuran 2 cm dan kipas sebelum evaporator on kecepatan 1 merupakan kecepatan yang cukup baik dalam meningkatkan kandungan uap air. semakin cepat kecepatan kipas yang digunakan, maka semakin banyak kandungan uap air yang dihasilkan. Hal ini terbukti pada variasi jarak lubang antar pancuran 2 cm dan tanpa kipas sebelum evaporator mendapatkan penambahan kandungan uap air paling sedikit. Perbandingan penambahan uap air untuk setiap variasi dapat dilihat pada Gambar 4.4.


0,0025

∆W (kg/kg)

0,002 0,0015

tanpa kipas kipas kecepatan 1

0,001

kipas kecepatan 3

0,0005 0

10

waktu (menit)

Gambar 4.4 Perbandingan kandungan uap air rata-rata


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan sebagai berikut : a. Mesin penghasil air aki dengan sistem tertutup berhasil dirakit dan dapat bekerja dengan baik, dengan kondisi udara yang masuk evaporator memiliki suhu udara bola kering sekitar 38,82oC, suhu udara bola basah sekitar 29,54oC, serta kelembaban relatif udara sebelum memasuki evaporator sekitar 50%, dengan kelembaban spesifik sekitar 0,0023 kgair/kgudara. b. COPaktual dari mesin kompresi uap sebesar 8,345 dan COPideal dari mesin Kompresi uap sebesar 11,218. c. Efisiensi siklus kompresi uap yang digunakan sebesar 74,38 %. d. Jumlah air aki terbanyak 1,44 liter/jam dengan kipas sebelum evaporator on kecepatan 3 ( 1,62 m/detik ). 5.2. Saran Beberapa saran terkait dengan penelitian yang telah dilakukan : a. Suhu kerja evaporator sebaiknya coba diturunkan bila ingin mendapatkan jumlah air aki perjam-nya meningkat. b. Jumlah lubang pada bagian pancuran sebaiknya ditambah bila diinginkan jumlah air aki yang dihasilkan meningkat jumlahnya. c. Desain cashing mesin penghasil air aki, disempurnakan, agar aliran udara dapat mengalir secara maksimal.

68


DAFTAR PUSTAKA

Yaningsih, I. dan Istanto, T., 2014, Studi Eksperimental Pengaruh Laju Aliran Massa Udara Terhadap Produktivitas Air Tawar Unit Desalinasi Berbasis Pompa

Kalor

Dengan

Menggunakan

Proses

Humidifikasi

Dan

Dehumidifikasi Alit, Y.D., 2016, Mesin Pengering Pakaian Sistem Tertutup dengan Menggunakan Energi Listrik 1711 Watt. Istanto, T., 2012, Pengaruh Temperatur Udara Terhadap Unjuk Kerja Unit Desalinasi Surya Berbasis Pompa Kalor Dengan Menggunakan Proses Humidifikasi- Dehumidifikasi. Walangare, K. B. A., Lumenta, A. S. M., Wuwung, J. O. dan Sugiarso, B. A., 2013, Rancang Bangun Alat Konversi Air Laut Menjadi Air Minum Dengan Proses Destilasi Sederhana Menggunakan Pemanas Elektrik. Adyatama, Y., Sasongko, M. N. dan Wahyudi, S., 2015, Pengaruh Variasi Debit Dan Kelembaban Udara Terhadap Unjuk Kerja Mesin Pendingin Dengan Refrigeran LPG. Renaldi, E., 2015, Mesin Pengering Pakaian Sistem Terbuka Dengan Debit Aliran Udara 0,032 m3/s. Prabowo, A., 2017, Mesin Pengering Pakaian Sistem Tertutup Dengan Menggunakan Daya Listrik 1122 Watt. Andriyanto,T., 2011, Pengaruh Temperatur Preheating Feed Water Terhadap Unjuk Kerja Unit Desalinasi Berbasis Pompa Kalor Dengan Menggunakan Proses Humidifikasi- Dehumidifikasi.


LAMPIRAN Psychrometric chart tanpa kipas


Psychrometric chart kipas kecepatan 1


Psychrometric chart kipas kecepatan 3


Gambar mesin penghasil air aki







Air aki yang ada dipasaran

MESIN PENGHASIL AIR AKI DENGAN DISERTAI PROSES EVAPORATIVE COOLING SKRIPSI

Recommend Documents