-
ANALISIS PENGARUH PANJANG PIPA KAPILER
TERHADAP KARAKTERISTIK WATER CHILLER
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin
Oleh :
GIVRAN NOVENDREI
NIM : 165214053
PRORAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
ANALYSIS INFLUENCE CAPILLARY PIPE LENGTH
TO CHARACTERISTICS ON AC WATER CHILLER
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical
Engineering
By :
GIVRAN NOVENDREI
Student Number : 165214053
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
vii
ABSTRAK
Saat ini mesin pendingin udara sangat berperan penting bagi
masyarakat.
Pada negara beriklim tropis mesin pendingin udara dapat
digunakan untuk
mengkondisikan udara. Water chiller merupakan salah satunya yang
dapat
digunakan untuk mengkondisikan suhu udara pada suatu ruangan.
Tujuan dari
penelitian ini adalah : (a) merancang dan merakit water chiller
yang bekerja
dengan siklus kompresi uap, (b) mengetahui karakteristik water
chiller yang telah
dibuat : (1) nilai Win, (2) nilai Qin, (3) nilai Qout, (4) nilai
COPaktual, (5) nilai
COPideal, (6) efisiensi, (7) laju aliran massa (ṁ).
Penelitian ini dilakukan secara eksperimen di Laboratorium
Teknik Mesin,
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Dalam penelitian ini
dirancang dan
dirakit water chiller dengan komponen-komponen utama yang
tersusun atas :
kompresor berdaya ¾ PK, kondensor dengan pendingin udara, pipa
kapiler, dan
evaporator jenis pipa bersirip. Refrigeran yang digunakan adalah
R-22. Variasi
pada penelitian ini adalah panjang pipa kapiler, pipa kapiler
yang digunakan yaitu
: 130 cm, 150 cm, dan 180 cm.
Dari hasil penelitian diperoleh : (a) mesin pendingin water
chiller dapat
bekerja dengan baik, (b) Karakteristik yang dimiliki water
chiller sebagai berikut :
(1) nilai Win tertinggi sebesar 48,20 kJ/kg pada panjang pipa
kapiler 180 cm, (2)
nilai Qin tertinggi sebesar 136,60 kJ/kg pada panjang pipa
kapiler 180 cm, (3) nilai
Qout tertinggi sebesar 184,80 kJ/kg pada panjang pipa kapiler
180 cm, (4) nilai
COPaktual tertinggi sebesar 2,83 kJ/kg pada panjang pipa kapiler
180 cm, (5) nilai
COPideal tertinggi sebesar 4,01 kJ/kg pada panjang pipa kapiler
180 cm, (6) nilai
efisiensi tertinggi sebesar 73,35 % pada panjang pipa kapiler
180, (7) laju aliran
massa refrigeran (ṁ) sebesar 0,00913 kg/s pada panjang pipa
kapiler 180 cm.
Kata kunci : water chiller, siklus kompresi uap, pipa kapiler,
refrigeran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
viii
ABSTRACT
At this time air conditioning machine is very important role for
the
community. In tropical countries, air conditioning machines can
be used to
condition the air. Water chiller is one of them that can be used
to condition the air
temperature in a room. The purpose of this study is: (a)
designing and assembling
a water chiller that works with a steam compression cycle, (b)
knowing the
characteristics of the water chiller that has been made: (1) the
Win value, (2) the
Qin value, (3) the Qout value, (4) COPactual value, (5) COPideal
value, (6) efficiency,
(7) mass flow rate (ṁ).
This research was conducted experimentally at the Mechanical
Engineering Laboratory of Sanata Dharma University, Yogyakarta.
In this study a
water chiller was designed and assembled with the main
components composed
of: ¾ PK-powered compressor, air-cooled condenser, capillary
pipe, and finned
pipe type evaporator. The refrigerant used is R-22. Variations
in this study are the
length of capillary tubes, capillary pipes used are: 130 cm, 150
cm, and 180 cm.
From the research results obtained: (a) the water chiller
cooling machine
can work well, (b) The characteristics of the water chiller are
as follows: (1) the
highest Win value is 48,20 kJ/kg on capillary pipe length 180
cm, (2) the highest
Qin value is 136,60 kJ/kg on capillary pipe length 180 cm, (3)
the highest Qout
value is 184,80 kJ/kg on capillary pipe length 180 cm, (4)
highest COPactual value
of 2,83 kJ/kg on capillary pipe length 180 cm, (5) the highest
COPideal value of
4,01 kJ/kg at capillary pipe length 180 cm, (6) the highest
efficiency value of
73,35 % at capillary pipe length 180, (7) refrigerant mass flow
rate (ṁ) of 0,00913
kg/s at 180 cm capillary pipe length.
Keywords : water chiller, vapor compression cycle, capillary
pipes, refrigerant.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
................................................................................................
i
TITLE PAGE
...........................................................................................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
...............................................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN
................................................................................
iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
..................................................................
v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
..............................................................
vi
ABSTRAK
............................................................................................................
vii
ABSTRACT
...........................................................................................................
viii
KATA PENGANTAR
...........................................................................................
ix
DAFTAR ISI
..........................................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR
.............................................................................................
xv
DAFTAR TABEL
................................................................................................
xix
BAB 1 PENDAHULUAN
.......................................................................................
1
1.1 Latar Belakang
......................................................................................................
1
1.2 Rumusan
Masalah.................................................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian
..................................................................................................
3
1.4 Batasan Masalah
...................................................................................................
4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xii
1.5 Manfaat Penelitian
................................................................................................
5
1.6 Luaran Penelitian
..................................................................................................
5
BAB 2 DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
......................................... 6
2.1 Dasar Teori
............................................................................................................
6
2.1.1 Prinsip Kerja Mesin
.........................................................................
6
2.1.2 Siklus Kompresi Uap
.......................................................................
7
2.1.2.1 Rangkaian Siklus Kompresi Uap
..................................................... 7
2.1.2.2 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h dan Diagram T-s
............. 8
2.1.2.3 Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap
........................................ 12
2.1.2.4 Komponen komponen Siklus Kompresi Uap
................................. 16
2.1.3 Psychrometric Chart
.....................................................................
26
2.1.3.1 Parameter-parameter Udara pada Psychrometric Chart
................ 26
2.1.3.2 Proses-proses yang terjadi pada Udara dalam
Psychrometric Chart
.....................................................................
29
2.1.3.3 Proses-proses Udara yang Terjadi pada Mesin Water
Chiller
pada Psychrometric Chart
.............................................................
34
2.2 Tinjauan Pustaka
.................................................................................................
37
BAB 3 METODOLOGI
PENELITIAN.................................................................
40
3.1 Objek Penelitian
..................................................................................................
40
3.2 Bahan, Komponen, Alat Ukur, dan Perakitan Mesin Water
Chiller ........... 41
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiii
3.2.1 Bahan dan Alat-alat
Bantu.............................................................
41
3.2.2 Komponen Mesin
..........................................................................
47
3.2.3 Alat Ukur
.......................................................................................
53
3.2.4 Perakitan Water Chiller
.................................................................
58
3.2.5 Proses Pengisian Refrigeran
.......................................................... 59
3.3 Alur Penelitian
....................................................................................................
61
3.4 Metode Penelitian
...............................................................................................
62
3.5 Variasi Penelitian
................................................................................................
62
3.6 Skematik Pengambilan Data
.............................................................................
62
3.7 Cara Pengambilan Data
.....................................................................................
64
3.8 Cara Mengolah Data
...........................................................................................
66
3.9 Cara Melakukan Pembahasan
...........................................................................
67
3.10 Cara Membuat Kesimpulan dan Saran
.......................................................... 68
BAB 4 HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN ..........
69
4.1Hasil Penelitian
....................................................................................................
69
4.2 Perhitungan dan Pengolahan Data
....................................................................
71
4.2.1 Diagram
P-h...................................................................................
71
4.2.2 Perhitungan pada Diagram P-h
...................................................... 73
4.2.3 Psychrometric Chart
.....................................................................
76
4.3 Pembahasan
.........................................................................................................
77
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiv
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
.................................................................
84
5.1 Kesimpulan
..........................................................................................................
84
5.2 Saran
.....................................................................................................................
85
DAFTAR PUSTAKA
............................................................................................
87
LAMPIRAN
...........................................................................................................
88
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip Dasar Kerja Mesin Pendingin
................................................. 6
Gambar 2.2 Rangkaian Komponen Utama Siklus Kompresi Uap
.......................... 8
Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h
............................................ 9
Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram
T-s............................................. 9
Gambar 2.5 Kompresor Open Type
......................................................................
17
Gambar 2.6 Kompresor Sentrifugal
......................................................................
18
Gambar 2.7 Kompresor Scroll
..............................................................................
18
Gambar 2.8 Kompresor
Sekrup.............................................................................
19
Gambar 2.9 Kompresor Semi
Hermetik................................................................
20
Gambar 2.10 Kompresor Hermetik
.......................................................................
20
Gambar 2.11 Natural Draught Condensor
........................................................... 22
Gambar 2.12 Force Draught Condenser
..............................................................
22
Gambar 2.13 Evaporator Jenis Pipa dengan Sirip
................................................. 23
Gambar 2.14 Evaporator Jenis Pipa dengan Jari-jari Penguat
.............................. 24
Gambar 2.15 Evaporator Jenis Plat
.......................................................................
24
Gambar 2.16 Pipa Kapiler
.....................................................................................
25
Gambar 2.17
Kipas................................................................................................
25
Gambar 2.18 Filter Dryer
.....................................................................................
26
Gambar 2.19 Psychrometric Chart
.......................................................................
27
Gambar 2.20 Proses-proses yang Terjadi pada Udara Dalam
Psychrometric Chart
.....................................................................
29
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvi
Gambar 2.21 Proses Cooling and Dehumidifying
................................................. 30
Gambar 2.22 Proses Sensible Heating
..................................................................
30
Gambar 2.23 Proses Evaporative Cooling
............................................................ 31
Gambar 2 24 Proses Sensible Cooling
..................................................................
32
Gambar 2.25 Proses Humidifying
.........................................................................
32
Gambar 2.26 Proses Dehumidifying
......................................................................
33
Gambar 2.27 Proses Heating and Dehumidifying
................................................. 33
Gambar 2.28 Proses Heating and Humidifying
.................................................... 34
Gambar 2.29 Proses Pengkondisian Udara dengan Mesin Water
Chiller ............ 35
Gambar 2.30 Proses Pengkondisian Udara dengan Water Chiller
pada
Psychrometric Chart
.....................................................................
36
Gambar 3.1 Skematik Mesin Water Chiller
.......................................................... 40
Gambar 3.2 Kayu dan Triplek
...............................................................................
42
Gambar 3.3 Besi L
................................................................................................
42
Gambar 3.4 Paku
...................................................................................................
42
Gambar 3.5 Bak Penampung Air Dingin
..............................................................
44
Gambar 3.6 Refrigeran R-22
.................................................................................
44
Gambar 3.7 Gergaji Besi dan Kayu
......................................................................
45
Gambar 3.8 Tube Expander
..................................................................................
46
Gambar 3.9 Alat Las Hi Cook
...............................................................................
46
Gambar 3.10 Kompresor Rotary
...........................................................................
48
Gambar 3.11 Kondensor
.......................................................................................
48
Gambar 3.12 Evaporator 1
....................................................................................
49
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvii
Gambar 3.13 Pipa Kapiler
.....................................................................................
50
Gambar 3.14 Evaporator 2
....................................................................................
50
Gambar 3.15
Kipas................................................................................................
52
Gambar 3.16 Pompa Air Submersible
...................................................................
53
Gambar 3.17 Termokopel dan Penampil Suhu Digital
......................................... 54
Gambar 3.18
Hygrometer......................................................................................
54
Gambar 3.19 Stopwatch
........................................................................................
55
Gambar 3.20 Pressure Gauge
...............................................................................
55
Gambar 3.21 Tang Ampere
...................................................................................
56
Gambar 3.22 Gelas
Ukur.......................................................................................
56
Gambar 3.23 Tachometer
......................................................................................
57
Gambar 3.24 Anemometer
.....................................................................................
57
Gambar 3.25 Skema Alur Penelitian
.....................................................................
61
Gambar 3.26 Posisi Ulat Ukur
..............................................................................
62
Gambar 4.1 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h R22 Untuk
Panjang
Pipa Kapiler 180 cm
........................................................................
72
Gambar 4.2 Pengkondisian Udara dengan Water Chiller pada
Psychrometric Chart untuk Panjang Pipa Kapiler 180 cm
.............. 76
Gambar 4.3 Perbandingan Nilai Win untuk Tiga Variasi
...................................... 77
Gambar 4.4 Perbandingan Nilai Qin untuk Tiga Variasi
....................................... 78
Gambar 4.5 Perbandingan Nilai Qout untuk Tiga Variasi
..................................... 79
Gambar 4.6 Perbandingan Nilai COPaktual untuk Tiga Variasi
............................. 80
Gambar 4.7 Perbandingan Nilai COPideal untuk Tiga Variasi
.............................. 81
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xviii
Gambar 4.8 Perbandingan Nilai η untuk Tiga Variasi
......................................... 82
Gambar 4.9 Perbandingan Nilai ṁ untuk Tiga Variasi
......................................... 82
Gambar L.1 Water Chiller Tampak Depan
........................................................... 88
Gambar L.2 Water Chiller Tampak Samping
....................................................... 88
Gambar L.3 Diagram P-h pada variasi panjang pipa kapiler 130 cm
................... 89
Gambar L.4 Diagram P-h pada variasi panjang pipa kapiler 150 cm
................... 89
Gambar L.5 Psychrometric Chart pada variasi panjang pipa kapiler
130 cm ...... 89
Gambar L.6 Psychrometric Chart pada variasi panjang pipa kapiler
150 cm ...... 89
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
file:///D:/WORK/SMT8/Skripsi/ANALISIS%20PENGARUH%20PANJANG%20PIPA%20KAPILER%20giv.docx%23_Toc45967198file:///D:/WORK/SMT8/Skripsi/ANALISIS%20PENGARUH%20PANJANG%20PIPA%20KAPILER%20giv.docx%23_Toc45967199file:///D:/WORK/SMT8/Skripsi/ANALISIS%20PENGARUH%20PANJANG%20PIPA%20KAPILER%20giv.docx%23_Toc45967200file:///D:/WORK/SMT8/Skripsi/ANALISIS%20PENGARUH%20PANJANG%20PIPA%20KAPILER%20giv.docx%23_Toc45967201
-
xix
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Variasi Panjang Pipa Kapiler.
...............................................................
62
Tabel 3.2 Tabel Pengambilan Data
.......................................................................
67
Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian dengan Panjang Pipa Kapiler 130
cm ................ 70
Tabel 4.2 Data Hasil Penelitian dengan Panjang Pipa Kapiler 150
cm ............... 70
Tabel 4.3 Data Hasil Penelitian dengan Panjang Pipa Kapiler 180
cm ................ 70
Tabel 4.4 Besar Nilai Temperatur Kerja Evaporator
(Tevap) dan Kondensor (Tkond)
...............................................................
72
Tabel 4.5 Besar Nilai Entalpi (h) Berdasarkan Tabel
Thermodynamic
Properties of Freon – 22 Refrigerant
................................................... 72
Tabel 4.6 Karakteristik Water Chiller
...................................................................
75
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
1
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada iklim tropis tingkat kelembapan dan suhu udara relatif
tinggi
khususnya pada daerah dataran rendah. Seiring berkembangnya
teknologi
manusia berusaha untuk menciptakan kondisi udara yang nyaman
dalam
kehidupan sehari-hari. Salah satunya dengan menggunakan mesin
pendingin
untuk mengkondisikan udara. Sistem pengkondisian udara
menciptakan suasana
nyaman bagi orang yang berada dalam suatu ruangan. Mesin
pendingin yang
digunakan untuk mengkondisikan udara adalah AC dan Water
chiller.
AC dan Water chiller memiliki peran yang sama halnya dengan
mesin
pendingin yaitu untuk memindahkan kalor dari dalam ruangan
keluar ruangan
dengan suatu medium perantara. Mesin water chiller berbeda
dengan AC split
yang biasa terdapat pada satu ruangan. Water chiller bekerja
dengan dua siklus
yaitu siklus primer dan siklus sekunder. Pada siklus primer yang
bertindak sebagai
fluida kerja adalah refrigeran primer, sedangkan untuk siklus
sekunder yang
bertindak sebagai fluida kerja adalah refrigeran sekunder berupa
air yang
didinginkan. Pada sistem pengkondisian udara sentral dengan
mempergunakan
mesin water chiller, pengkondisian udaranya dilakukan oleh Fan
Coil Unit (FCU)
dan Air Handling Unit (AHU).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
2
Water chiller memiliki kelebihan dibandingkan dengan AC split.
Water
chiller mampu dipergunakan untuk sistem pengkondisian udara
sentral dengan
beban pendinginan yang sangat besar, diatas 10 ton refrigerator
(TR) sedangkan
AC split hanya dipergunakan untuk beban pendinginan yang kecil
(paling besar
4500 Btu/jam). Sistem pengkondisian udara sentral mampu,
mengkondisikan
udara dengan banyak ruang. Namun water chiller juga memiliki
kekurangan, bila
salah satu komponen utama dari chiller mengalami kendala atau
kerusakan maka
banyak ruangan yang tidak dapat terkondisikan udaranya. Sistem
pengkondisian
udara dengan chiller biasa dipergunakan untuk bangunan –
bangunan besar seperti
: mall, rumah sakit, hotel, gedung bertingkat, gedung olahraga,
gedung bioskop,
bank, industri, dan lain-lain.
Dengan kondisi yang seperti ini sistem pengkondisian udara
sentral sangat
penting dan sangat dibutuhkan. Kebutuhan masyarakat akan
pengkondisian udara
memiliki peran penting untuk menunjang aktivitas masyarakat,
maka dari itu
penulis berkeinginan untuk mempelajari, memahami, dan mengenal
kerja mesin
pendingin untuk pengkondisian udara dengan cara membuat model
mesin water
chiller dengan daya ¾ PK. Diharapkan penulis juga dapat
mengetahui
karakteristik dan dapat memahami sistem kerja water chiller yang
telah dibuat.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dinyatakan sebagai berikut :
a. Bagaimanakah merancang dan merakit water chiller menggunakan
sistem
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
3
kompresi uap untuk mendinginkan air yang dipergunakan dalam
sistem
pengkondisian udara ?
b. Bagaimana karakteristik mesin water chiller yang dipergunakan
untuk
sistem pengkondisian udara tersebut dengan variasi panjang pipa
kapiler?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian mesin water chiller adalah :
a. Merancang dan merakit water chiller yang digunakan untuk
mendinginkan
air yang dipergunakan untuk sistem pengkondisian udara
dengan
menggunakan sistem kompresi uap.
b. Mengetahui karakteristik water chiller yang dipergunakan
untuk sistem
pengkondisian udara, meliputi :
1. Menghitung kerja kompresor persatuan massa refrigeran
(Win).
2. Menghitung kalor yang diserap evaporator persatuan massa
refrigeran
(Qin).
3. Menghitung kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
refrigeran
(Qout).
4. Menghitung COPaktual yang dicapai oleh mesin siklus kompresi
uap
pada water chiller.
5. Menghitung COPideal yang dicapai oleh mesin siklus kompresi
uap pada
water chiller.
6. Menghitung efisiensi (η) yang dicapai oleh mesin siklus
kompresi uap
pada water chiller.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
4
7. Menghitung laju aliran massa refrigeran primer yang mengalir
pada
water chiller (ṁ) dari aliran massa refrigeran sekunder.
1.4 Batasan Masalah
Batasan – batasan dalam perancangan mesin ini adalah :
a. Mesin water chiller bekerja dengan menggunakan siklus
kompresi uap
dengan sumber energi listrik. Komponen utama mesin siklus
kompresi uap
meliputi : kompresor, evaporator, pipa kapiler, dan
kondensor.
b. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar ¾ PK.
c. Ukuran komponen utama yang lain menyesuaikan dengan besarnya
daya
kompresor.
d. Refrigeran primer yang digunakan pada water chiller adalah
R-22.
e. Pipa kapiler yang digunakan memiliki panjang : 130 cm, 150
cm, dan 180
cm dengan diameter 0,54 mm yang terbuat dari tembaga.
f. Kondensor yang digunakan berjenis pipa bersirip dengan kipas
kondensor
yang memiliki 5 sudu, daya 30 watt.
g. Evaporator yang dipergunakan berjenis pipa bersirip, dengan
kipas
evaporator berdiameter 20 inch, memiliki 3 kecepatan putar,
dengan daya
60 watt.
h. Menggunakan kipas udara balik berdiameter 6 inch, memiliki 2
kecepatan
putar, dengan daya 20 watt.
i. Pipa yang dipergunakan untuk sirkulasi input air berdiameter
1 inch dan
output berukuran ½ inch.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
5
j. Pompa sirkulasi air yang dipakai memiliki jenis submersible
dengan debit
maksimal 2000 liter/jam, 38 W/220V, Freq 50Hz.
k. Menggunakan bak tampung air bervolume 37 liter.
l. Ukuran ruang yang dikondisikan udaranya : 1,2 m x 0,7 m x 1,3
m.
m. Refrigeran sekunder yang dipergunakan adalah air.
n. Pengkondisian udara menggunakan udara segar.
o. Perhitungan pada mesin water chiller ini berdasarkan pada
kondisi ideal
kerja siklus kompresi uap, dan tidak ada proses pendinginan
lanjut serta
pemanasan lanjut.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Hasil penelitian dapat menjadi referensi bagi peneliti lain
yang melakukan
penelitian tentang water chiller.
b. Dapat menambah wawasan ilmu pengetahuan tentang mesin
pendingin
siklus kompresi uap khususnya tentang water chiller.
c. Hasil penelitian dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan yang
dapat
ditempatkan di perpustakaan.
1.6 Luaran Penelitian
Dihasilkan model water chiller yang dapat membantu proses
pemahaman
bagaimana cara kerja water chiller.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
6
BAB 2 DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Prinsip Kerja Mesin
Mesin pendingin adalah alat yang berfungsi untuk memindahkan
kalor
dari dalam ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor dari
lingkungan bersuhu
rendah kemudian memindahkanya ke lingkungan yang bersuhu tinggi.
Mesin
pendingin yang mempergunakan siklus kompresi uap mempunyai
komponen
utama yaitu : kompresor, evaporator, kondensor, dan katup
ekspansi atau pipa
kapiler. Fluida yang dipergunakan pada siklus kompresi uap
dinamakan dengan
refrigeran. Gambar 2.1 menunjukkan prinsip dasar kerja mesin
pendingin siklus
kompresi uap.
Gambar 2.1 Prinsip dasar kerja mesin pendingin
Mesin Pendingin
Qout
Qin
Win
Lingkungan bersuhu tinggi
Lingkungan bersuhu rendah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
7
Pada Gambar 2.1, Qin adalah besarnya kalor yang diserap mesin
pendingin
dari lingkungan bersuhu rendah. Qout adalah besarnya kalor yang
dilepas mesin
pendingin ke lingkungan bersuhu tinggi. Win adalah besarnya
kerja yang
dilakukan mesin pendingin untuk memindahkan kalor. Pada proses
ini Qout = Qin +
Win.
Mesin pendingin telah digunakan dalam banyak hal. Diantaranya
sebagai
pengawet bahan makanan (kulkas, freezer, cold storage, dll),
pendingin minuman
(show case, kulkas, dll), pengkondisian udara ruangan (air
conditioner, water
chiller, dll) dan pembuat es (ice maker). Dengan berkembangnya
informasi dan
teknologi sekarang ini, manusia telah merasakan dampak positif
dari teknologi
mesin pendingin. Hasil yang dirasakan saat ini dengan adanya
mesin pendingin
udara ini lebih memudahkan penggunanya dalam mendukung aktifitas
sehari-hari
maka dari itu perkembangan mesin pendingin dari tahun ke tahun
akan selalu
berkembang baik dari segi kegunaan hal-hal yang meliputi
pendinginan lainya.
2.1.2 Siklus Kompresi Uap
2.1.2.1 Rangkaian Siklus Kompresi Uap
Rangkaian komponen utama pada siklus kompresi uap dapat dilihat
pada
Gambar 2.2. Komponen utama pada siklus kompresi uap meliputi :
kompresor
(compressor), kondensor (condenser), pipa kapiler (expansion
valve), dan
evaporator. Komponen tambahan berupa filter dryer, yang
merupakan alat
penyaring refrigeran. Fluida kerja yang di pergunakan adalah
refrigeran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
8
Gambar 2.2 Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap
Aliran refrigeran berlangsung dari kompresor menuju kondensor,
dari
kondensor menuju pipa kapiler, dari pipa kapiler menuju
evaporator dan dari
evaporator kembali menuju kompresor. Pada Gambar 2.2, Qin adalah
besarnya
kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran. Qout
adalah besarnya
kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dan Win
adalah kerja
kompresor persatuan massa refrigeran. Besarnya Qout adalah
penjumlahan dari
besarnya Qin dengan besarnya Win.
2.1.2.2 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h dan Diagram T-s
Siklus kompresi uap bila digambarkan pada diagram P-h dan
diagram T-s
seperti terlihat pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4. Proses – proses
yang terjadi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
9
3
1
2
4 1a
2a 3a
T
S
Qout
Win
Qin
Tem
per
atur
Entropi
Te
Tc
T2
P2
P1
3
1
2
4
1a
2a
3a
P
h h3= h4 h1 h2
Tek
anan
Entalpi
Win
Qin
Qout
Tc
Tc
pada siklus kompresi uap adalah (a) proses kompresi, (b) proses
desuperheating,
(c) proses kondensasi, (d) proses pendinginan lanjut, (e) proses
penurunan
tekanan, (f) proses evaporasi atau pendidihan refrigeran, dan
(g) proses
pemanasan lanjut.
Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada Diagram P-h
Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada Diagram T-s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
10
a. Proses Kompresi (1 - 2)
Proses kompresi dilakukan oleh kompresor terjadi pada tahap 1 –
2 (lihat
Gambar 2.3 dan Gambar 2.4) dan berlangsung secara isentropik
adiabatik
(isoentropi atau entropi konstan). Kondisi awal refrigeran pada
saat masuk ke
dalam kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah,
setelah mengalami
kompresi refrigeran akan menjadi gas panas lanjut bertekanan
tinggi. Karena
proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke
luar kompresor pun
meningkat.
b. Proses Desuperheating (proses 2 - 2a)
Proses penurunan suhu dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh
terjadi
pada tahap 2 – 2a (lihat Gambar 2.3 dan Gambar 2.4). Proses ini
juga dinamakan
desuperheating. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan
tetap. Hal
ini disebabkan adanya kalor yang mengalir dari refrigeran ke
lingkungan karena
suhu refrigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.
c. Proses Kondensasi (2a - 3a)
Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-3a (lihat Gambar 2.3 dan
Gambar
2.4) berlangsung di dalam kondensor. Pada proses ini gas jenuh
mengalami
perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada suhu
dan tekanan
tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari kondensor ke
lingkungan karena
suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara lingkungan.
d. Proses Pendinginan Lanjut (3a - 3)
Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 3a – 3 (lihat
Gambar 2.3 dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
11
Gambar 2.4). 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, untuk memudahkan
mengalirnya refrigeran
di dalam pipa kapiler. Selain itu juga menaikkan COP mesin.
e. Proses Penurunan Tekanan (3 - 4)
Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3–4 berlangsung di
pipa
kapiler secara isoentalpi (entalpi sama) (lihat Gambar 2.3 dan
Gambar 2.4).
Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke komponen pipa
kapiler dan
mengalami penurunan tekanan dan suhu. Sehingga suhu dari
refrigeran lebih
rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fase
refrigeran berubah dari
cair menjadi fase campuran cair dan gas.
f. Proses Penguapan Refrigeran (4 - 1a)
Proses evaporasi terjadi pada tahap 4 – 1a (lihat Gambar 2.3 dan
Gambar
2.4). Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar
(tekanan sama) dan
isotermal (suhu sama). Dalam fase campuran cair dan gas,
refrigeran yang
mengalir ke evaporator menerima kalor dari lingkungan, sehingga
akan mengubah
seluruh fase refrigeran dari fase campuran cair dan gas menjadi
gas jenuh.
g. Proses Pemanasan Lanjut (1a – 1)
Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 1a – 1. Proses ini
merupakan
proses dimana uap refrigeran yang meninggalkan evaporator akan
mengalami
pemanasan lanjut sebelum memasuki kompresor. Hal ini dimaksudkan
agar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
12
kondisi refrigeran benar-benar dalam keadaan gas agar proses
kompresi dapat
berjalan dengan baik dan kerja kompresor menjadi ringan. Selain
itu juga
berfungsi untuk menaikkan COP mesin siklus kompresi uap.
2.1.2.3 Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap
Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan
untuk
menganalisa unjuk kerja mesin pendingin kompresi uap yang
meliputi kerja
kompresor (Win), energi yang dilepas kondensor (Qout), energi
yang diserap
evaporator (Qin), COPaktual, COPideal, efisiensi (ɳ) dan laju
aliran massa refrigeran
(ṁ).
a. Kerja Kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan
entalpi
dari titik dari 1 ke titik 2 (lihat Gambar 2.3 dan Gambar 2.4).
Dapat dihitung
menggunakan Persamaan (2.1).
Win = h2-h1 (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).
h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg).
h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg).
b. Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa
refrigeran (Qin)
Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa
refrigeran (Qin)
merupakan perubahan entalpi pada proses 4-1 (lihat Gambar 2.3
dan Gambar 2.4).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
13
Perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan
(2.2).
Qin = h1-h4 (2.2)
Pada Persamaan (2.2) :
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
refrigeran
(kJ/kg).
h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan
nilai
entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg).
h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan
nilai
entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Nilai h4= h3 (kJ/kg).
c. Energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan masa
refrigeran (Qout)
Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor persatuan massa
refrigeran
merupakan perubahan entalpi pada proses 2-3 (lihat Gambar 2.3
dan Gambar 2.4).
Perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan
(2.3).
Qout = h2-h3 (2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
Qout : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
refrigerant
(kJ/kg)
h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).
h3 : nilai entalpi refrigeran keluar kondensor atau masuk pipa
kapiler
(kJ/kg)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
14
d. Koefisien prestasi aktual / Actual Coefficient of Performance
(COPaktual)
Koefisien prestasi aktual siklus kompresi uap standar adalah
perbandingan
antara kalor yang diserap evaporator dengan kerja yang yang
diberikan
kompresor. Dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).
COPaktual = 𝑄𝑖𝑛
𝑊𝑖𝑛=
ℎ1−ℎ4
ℎ2−ℎ1 (2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
refrigeran (kJ/kg).
Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).
h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama
dengan
entalpi refrigeran pada saat masuk kompresor (kJ/kg).
h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).
h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau
sama
dengan
nilai entalpi refrigeran saat keluar dari pipa kapiler.
Nilai h4= h3 (kJ/kg).
e. Koefisien prestasi ideal / Ideal Coefficient of Performance
(COPideal)
Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat
dihitung
dengan Persamaan (2.5).
COPideal = 𝑇 𝑒𝑣𝑎𝑝
𝑇 𝑐𝑜𝑛𝑑−𝑇 𝑒𝑣𝑎𝑝 (2.5)
Pada Persamaan (2.5) :
COPideal : koefisien prestasi ideal
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
15
Tcond : suhu kerja mutlak kondensor (K).
Tevap : suhu kerja mutlak evaporator (K).
f. Efisiensi dari mesin kompresi uap (η)
Efisiensi mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan
(2.6) :
η = 𝐶𝑂𝑃 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙
𝐶𝑂𝑃 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑥 100% (2.6)
Pada Persamaan (2.6) :
COPactual : koefisien prestasi aktual mesin kompresi uap.
COPideal : koefisien prestasi ideal mesin kompresi uap.
g. Laju aliran massa refrigeran (ṁ)
Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan
(2.7).
ṁ = 𝑉𝑥𝐼
𝑊 𝑖𝑛 𝑥 1000 (2.7)
Pada Persamaan (2.7) :
ṁ : laju aliran masa refrigeran (kg/s).
I : arus listrik (A).
V : voltage (volt).
Win : kerja yang dilakukan kompresor (kJ/kg).
h. Daya Kompresor (P)
Daya kompresor dapat dihitung dengan mempergunakan Persamaan
(2.8).
P = V x I (2.8)
Pada Persamaan (2.8) :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
16
P : daya kompresor (J/det).
V : tegangan listrik (Volt).
I : arus listrik pada kompresor (A).
2.1.2.4 Komponen komponen Siklus Kompresi Uap
Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri
dari
kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler. Komponen
tambahan mesin
siklus kompresi uap terdiri dari kipas, dan filter dryer
a. Kompresor
Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap
yang
berfungsi untuk meningkatkan tekanan dan mensirkulasikan
refrigeran pada fase
uap yang mengalir dalam unit mesin pendingin. Dari cara kerja
mensirkulasikan
refrigeran, kompresor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa
jenis yaitu : (1)
Kompresor Open Unit (2) Komponen Sentrifugal (3) Kompresor
Scroll (4)
Kompresor Sekrup (5) Kompresor Semi Hermetik (6) Kompresor
Hermetik
1. Kompresor Open Unit (open type compresor)
Pada jenis kompresor ini letak kompresor terpisah dari
tenaga
penggeraknya. Masing-masing bergerak sendiri dalam keadaan
terpisah. Tenaga
penggerak kompresor umumnya motor listrik, turbin ataupun
engine. Karena
antara penggerak eksternal dengan bagian pengkompresinya tidak
satu rumah
(tidak bersatu), sehingga diperlukan belt (flexible coupling)
sebagai penyambung
penggerak ke kompresor shaft. Kompresor ini perlu menggunakan
seal untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
17
mencegah kebocoran yang sering terjadi pada poros yang keluar
dari houing
kompresor jika tekanan didalam crankcase lebih rendah
dibandingkan tekanan
atmosfer. Pendingin motor menggunakan udara luar sehingga perlu
adanya
ventilasi untuk membuang kalor dari motor. Kompresor ini
memiliki keuntungan
bila salah satu komponen mengalami kerusakan, maka bisa diganti
tanpa
membongkar sistemnya.
Gambar 2.5 Kompresor open type
(Sumber : https://www.gea.com)
2. Kompresor Sentrifugal
Prinsip dari kompresor sentrifugal adalah menggunakan gaya
sentrifugal
untuk mendapatkan energi kinetik pada impeller sudu dan energi
kinetik ini
diubah menjadi tekanan potensial. Tekanan dan kecepatan uap yang
rendah dari
saluran sunction dihisap kedalam lubang masuk atau mata roda
impeller oleh aksi
dari shaft rotor, dan kemudian diarahkan dari ujung-ujung pisau
ke rumah
kompresor untuk diubah menjadi tekanan yang bertambah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://www.gea.com/
-
18
Gambar 2.6 Kompresor sentrifugal
(Sumber : https://semestapikiranku.wordpress.com)
3. Kompresor scroll
Prinsip kerja dari kompresor scroll adalah menggunakan dua buah
scroll
(pusaran). Satu scroll dipasang tetap dan salah satu scroll
lainnya berputar pada
orbit. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran
hisap oleh scroll dan
dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya pada pusat orbit
dari scroll
tersebut.
Gambar 2.7 Kompresor scroll
(Sumber : http://sumber-mandiri.blogspot.com)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://semestapikiranku.wordpress.com/http://sumber-mandiri.blogspot.com/
-
19
4. Kompresor Sekrup
Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor dan
meninggalkan
kompresor dari ujung yang lain. Pada posisi langkah hisap
terbentuk ruang hampa
sehingga uap mengalir kedalam. Nilai putaran terus berlanjut,
refrigeran yang
terkurung digerakan mengelilingi rumah kompresor. Pada putaran
selanjutnya
terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina,
sehingga
memperkecil volume rongga dan menekan refrigeran tersebut keluar
melalui
saluran buang.
Gambar 2.8 Kompresor sekrup
(Sumber : http://screwcompressor.blogspot.com)
5. Kompresor Semi Hermetik
Pada kontruksi semi hermetik bagian poros engkol dari kompresor
menjadi
satu dengan motor listrik, sehingga beberapa kerugian mekanis
dapat dieliminasi.
Dengan demikian penggunaan seal pencegah kebocoran refrigeran
pada
kompresor cenderung berkurang, namun harus diperhatikan agar
dipergunakan
isolator listrik pada motor listrik sebai baiknya, dan juga
harus menggunakan
refrigeran yang mempunyai sifat sebagai isolator. Pada kompresor
semi-
hermentik bagian-bagian penutup dan penyambungannya masih dapat
dibuka.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
http://screwcompressor.blogspot.com/
-
20
Gambar 2.9 Kompresor semi hermetik
(Sumber : https://www.indotrading.com)
6. Kompresor Hermetik
Pada dasarnya, kompresor hermetik hampir sama dengan
semi-hermetik,
perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja)
kompresor
dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetik
dipergunakan
sambungan las sehingga rapat udara. Pada kompresor semi-hermetik
dengan rumah
terbuat dari besi tuang, bagian-bagian penutup dan penyambungnya
masih dapat
dibuka. Sebaliknya dengan kompresor hermetik, rumah kompresor
dibuat dari baja
dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor
listriknya tak dapat
diperiksa tanpa memotong rumah kompresor.
Gambar 2.10 Kompresor hermetik
(Sumber : http://ozkansogutma.com)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://www.indotrading.com/http://ozkansogutma.com/
-
21
b. Kondensor
Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas
refrigeran
pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor
yang banyak
digunakan pada teknologi saat ini adalah kondensor dengan
pendingin udara.
Kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak
memerlukan
perawatan khusus. Agar proses perubahan wujud yang diinginkan
dapat terjadi,
maka kalor atau panas yang ada dalam gas refrigeran yang
bertekanan tinggi harus
dibuang keluar dari sistem. Kondensor mempunyai fungsi untuk
melepaskan
panas yang diserap refrigeran di evaporator dan kerja kompresor
selama proses
kompresi. Dilihat dari sisi media yang digunakan kondensor dapat
dibedakan 2
macam yaitu :
1. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)
Air cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan udara
sebagai
media pendingin. Air cooled condenser mempunyai dua tipe yaitu :
(1) Natural
Draught Condenser (2) Force draught condenser.
a. Natural Draught Condenser
Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara
konveksi
bebas atau konveksi alami. Aliran udara berlangsung karenanya
adanya beda
massa jenis. Pada proses ini ada peralatan tambahan yang
dipergunakan untuk
menggerakan aliran udara. Kondensor jenis ini dapat ditemui pada
kondensor
kulkas satu pintu, show case, chest freezer maupun frezeer.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
22
Gambar 2.11 Natural draught condensor
(Sumber : https://tommyji.com)
b. Force Draught Condenser
Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara
konveksi
paksa. Aliran udara berlangsung karena adanya kipas udara atau
blower. Jenis ini
ditemui pada mesin kulkas dua pintu maupun pada mesin AC.
Gambar 2.12 Force draught condenser
(Sumber :
https://lmr.com/item/LRS-19712E/Mustang-AC-Condenser)
2. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)
Water cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan air
sebagai
media pendinginnya. Menurut proses aliran yang ada pada
kondensor ini terbagi
menjadi dua jenis yaitu :
a. Waste Water System
Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://tommyji.com/https://lmr.com/item/LRS-19712E/Mustang-AC-Condenser
-
23
kondensor, diambil dari pusat-pusat air kemudian dialirkan
melewati kondensor
setelah itu air dibuang keluar dan tidak dipergunakan lagi.
b. Recirculating Water System
Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan
kondensor dan telah meninggalkan kondensor disalurkan ke dalam
cooling tower,
untuk diturunkan temperaturnya sesuai pada temperatur yang
dikehendaki.
Selanjutnya air dipergunakan lagi dan dialirkan kembali ke
kondensor.
c. Evaporator
Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi
gas, atau
dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan
fase, diperlukan
energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan
sekitar evaporator. Hal
tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari
pada temperatur
sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran.
Proses penguapan
refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan
suhu tetap. Berbagai
jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin siklus
kompresi uap adalah
jenis pipa dengan sirip, pipa-pipa dengan jari-jari penguat dan
jenis plat.
Gambar 2.13 Evaporator jenis pipa dengan sirip
(Sumber :
https://listado.mercadolibre.com.mx/serpentin-para-refrigerador-daewoo)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
24
Gambar 2.14 Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat
(Sumber : https://encrypted-tbn0.gstatic.com)
Gambar 2.15 Evaporator jenis plat
(Sumber : http://www.chinacooling.cn)
d. Pipa kapiler
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan serta suhu
refrigeran
pada siklus kompresi uap yang ditempatkan antara sisi tekanan
tinggi dan sisi
tekanan rendah. Penggunaan pipa kapiler pada mesin siklus
kompresi uap
mempermudah kerja kompresor pada waktu start, karena tekanan
kondensor dan
evaporator sama.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/http://www.chinacooling.cn/
-
25
Gambar 2.16 Pipa kapiler
(Sumber :
https://docplayer.info/66691657-Chest-freezer-dengan-daya-kompresor-1-
5-pk-dan-panjang-pipa-kapiler-150-cm-skripsi.html)
e. Kipas
Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling atau
sudu-sudu. Kipas
ini berfungsi untuk mengalirkan udara melewati kondensor. Udara
yang
dihembuskan oleh kipas akan mempercepat proses perpindahan
kalor.
Gambar 2.17 Kipas
(Sumber :
https://tornadofan.co.id/products/tornado-industrial-floor-fan)
f. Filter Dryer
Filter Dryer merupakan tabung penyimpan refrigeran cair yang
didalamnya terdapat fiber dan desiccant (bahan pengering) yang
berfungsi untuk
menyaring benda-benda asing dan uap air dari sirkulasi
refrigeran. Filter dryer
pada pemasanganya diletakan setelah kondensor.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://docplayer.info/66691657-Chest-freezer-dengan-daya-kompresor-1-https://tornadofan.co.id/products/tornado-industrial-floor-fan
-
26
Gambar 2.18 Filter dryer
(Sumber :
https://www.smartclima.com/copper-filter-dryer.htm)
2.1.3 Psychrometric Chart
Psychrometric chart merupakan grafik termodinamis udara yang
digunakan untuk menentukan properti-properti dari udara pada
kondisi tertentu.
Dengan psychrometric chart dapat diketahui hubungan antara
berbagai parameter
udara secara cepat dan cukup presisi. Untuk mengetahui nilai
dari properti-
properti ( Tdb, Twb, W, RH, H, SpV ) bisa dilakukan apabila
minimal dua buah
parameter tersebut sudah diketahui.
2.1.3.1 Parameter-parameter Udara pada Psychrometric Chart
Parameter-parameter udara psychrometric chart meliputi : (a)
dry-bulb
temperature (Tdb), (b) wet-bulb temperature (Twb), (c) dew-point
temperature
(Tdp), (d) specific humidity (W),(e) relative humidity (% RH),
(f) enthalpy (H) dan
(g) volume spesific (SpV). Contoh psychrometric chart disajikan
pada Gambar
2.19.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://www.smartclima.com/copper-filter-dryer.htm
-
27
Gambar 2.19 Psychrometric chart
(Sumber : http://www.ref-wiki.com/img_article/163e.jpg)
a. Dry-bulb Temperature (Tdb)
Dry-bulb temperature adalah suhu udara pada keadaan kering
yang
diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan
kondisi bulb
tidak basah (tidak diselimuti kain basah). Tdb diposisikan
sebagai garis vertikal
yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terdapat di bagian
bawah
psychrometric chart.
b. Wet-bulb Temperature (Twb)
Wet-bulb temperature adalah suhu udara pada keadaan basah
yang
diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan
kondisi bulb
dalam kondisi basah (diselimuti kain basah). Twb diposisikan
sebagai garis miring
ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di
bagian kanan
psychrometric chart.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
http://www.ref-wiki.com/img_article/163e.jpg
-
28
c. Dew-point Temperature (Tdp)
Dew-point temperature adalah suhu dimana udara mulai
menunjukkan
terjadinya pengembunan ketika udara didinginkan/diturunkan
suhunya dan
menyebabkan adanya perubahan kandungan uap air di udara. Tdp
ditandai
sepanjang titik saturasi.
d. Specific Humidity (W)
Specific humidity adalah jumlah uap air yang terkandung di udara
dalam
setiap kilogram udara kering (kg air/kg udara kering). Pada
psychrometric chart
W diposisikan pada garis sumbu vertikal yang berada di samping
kanan
psychrometric chart.
e. Relative Humidity (%RH)
Relative humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung
dalam
1kg udara kering dengan jumlah air maksimum yang dapat
terkandung dalam 1kg
udara kering dalam bentuk persentase.
f. Enthalpy (H)
Enthalpy adalah jumlah energi kalor panas total yang terkandung
dalam
campuran udara dan uap air persatuan massa.
g. Volume Spesific (SpV)
Volume Spesific adalah volume dari udara campuran dengan satuan
meter
kubik persatuan kilogram udara kering.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
29
2.1.3.2 Proses-proses yang terjadi pada Udara dalam
Psychrometric Chart
Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart
adalah
sebagai berikut (a) proses pendinginan dan penurunan kelembapan
(cooling and
dehumidifying), (b) proses pemanasan sensibel (sensible
heating), (c) proses
pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative cooling), (d)
proses
pendinginan sensibel (sensible cooling), (e) proses humidifying,
(f) proses
dehumidifying, (g) proses pemanasan dan penurunan kelembapan
(heating and
dehumidifying), (h) proses pemanasan dan penaikkan kelembapan
(heating and
humidifying). Proses-proses ini dapat dilihat seperti pada
Gambar 2.20.
Gambar 2.20 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam
psychrometric chart (Sumber :
https://sustainabilityworkshop.autodesk.com
/psycrometric_porcess.jpg)
a. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and
dehumidifying)
Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and
dehumidifying) adalah proses penurunan kalor sensibel dan
penurunan kalor laten
ke udara. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur pada bola
kering,
temperatur, bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur,
titik embun, dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
30
kelembapan spesifik. Sedangkan kelembapan relatif dapat
mengalami peningkatan
dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya. Gambar
2.21
menyajikan proses pendinginan dan penurunan kelembapan
spesifik.
Gambar 2.21 Proses cooling and dehumidifying
b. Proses pemanasan sensibel (sensible heating)
Proses pemanasan (sensible heating) adalah proses penambahan
kalor
sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan
temperatur bola
kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik.
Sedangkan temperatur
titik embun dan kelembapan spesifik tetap konstan. Namun
kelembapan relatif
mengalami penurunan. Gambar 2.22 menyajikan proses sensible
heating pada
psychrometric chart.
Gambar 2.22 Proses sensible heating
2
1
2
1
W1=W2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
31
c. Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative
cooling)
Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (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, kelembapan relatif dan kelembapan spesifik. Gambar 2.23
menyajikan
proses pendinginan dan menaikan kelembapan pada psychrometric
chart.
Gambar 2.23 Proses evaporative cooling
d. Proses pendinginan sensibel (sensible cooling)
Proses pendinginan (sensible cooling) adalah pengambilan kalor
sensibel
dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada
proses ini,
terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan
volume spesifik
namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Pada kelembapan
spesifik dan
suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Gambar
2.24 menyajikan
proses sensible cooling pada psychrometric chart.
1
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
32
Gambar 2 24 Proses sensible cooling
e. Proses humidifying
Proses humidifying merupakan penambahan kandungan uap air ke
udara
tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan
entalpi, suhu bola
basah, titik embun dan kelembapan spesifik. Gambar 2.25
menyajikan proses
humidifiying pada psychrometric chart.
Gambar 2.25 Proses humidifying
f. Proses dehumidifying
Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap
air
pada udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi
penurunan entalpi,
suhu bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik.
W1=W2
1
2
1
2
Tdb1 = Tdb2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
33
Gambar 2.26 Proses dehumidifying
g. Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and
dehumidifying)
Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and
dehumidifying) berfungsi untuk menaikkan suhu bola kering dan
menurunkan
kandungan uap air pada udara. Gambar 2.27 menyajikan proses
heating and
dehumidifying Pada proses ini terjadi penurunan kelembapan
spesifik, entalpi,
suhu bola basah dan kelembapan relatif tetapi terjadi
peningkatan suhu bola
kering.
Gambar 2.27 Proses heating and dehumidifying
Tdb1 = Tdb2
1
2
1
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
34
h. Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and
humidifying)
Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air.
Pada proses
ini terjadi kenaikan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola
basah, dan suhu bola
kering. Gambar 2.28 menyajikan proses heating and
humidifying.
Gambar 2.28 Proses heating and humidifying
2.1.3.3 Proses-proses Udara yang Terjadi pada Mesin Water
Chiller pada
Psychrometric Chart
Proses-proses yang terjadi pada sistem pengkondisian udara
dengan water
chiller dalam psychrometric chart adalah sebagai berikut :
a. Proses pencampuran udara luar dan udara yang dikondisikan
pada ruangan
(udara balik)
b. Proses pendinginan sensibel udara campuran atau sensible
cooling.
c. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan udara atau
cooling and
dehumidifying.
d. Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan atau heating
and
humidifying
1
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
35
Gambar 2.29 Proses pengkondisian udara dengan mesin water
chiller
Semua proses-proses utama ini dapat dilihat pada Gambar 2.30,
yang menyajikan
proses-proses udara pada psychrometric chart.
Keterangan pada Gambar 2.29 :
A : Udara lingkungan atau udara segar yang dipergunakan pada
sistem
pengkondisian udara.
B : Udara dalam ruangan yang dikondisikan udaranya. Sebagian
dari udara ini di
campur dengan udara segar.
C : Udara campuran (campuran udara balik dengan udara
segar).
D : Suhu pengembunan udara di evaporator 2.
E : Suhu kerja evaporator
F : Udara keluar dari evaporator 2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
36
Gambar 2.30 Proses pengkondisian udara dengan water chiller pada
psychrometric chart
a. Proses pencampuran udara luar dan udara yang dikondisikan
pada ruangan
(titik A-B)
Proses (A-B) merupakan proses pencampuran udara luar dan udara
yang
dikondisikan pada ruangan. Pada proses ini udara luar akan
bercampur dengan
udara yang ada pada ruangan dan menghasilkan kondisi udara di
titik C (titik
campuran antara udara luar di titik A dan udara di titik B.
b. Proses pendinginan sensibel atau sensible cooling (titik
C-D).
Pada proses ini terjadi penurunan temperatur bola kering,
temperatur bola
basah, dan volume spesifik dari udara, namun terjadi peningkatan
kelembapan
relatif. Titik C merupakan titik awal sebelum proses sensible
cooling, sedangkan
titik D merupakan titik akhir setelah proses sensible cooling,
diperoleh dengan
menarik garis lurus secara horizontal menuju garis lengkung yang
menunjukkan
kelembapan relatif 100 %.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
37
c. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan atau cooling
and
dehumidifiying titik (D-F).
Proses (D-F) merupakan proses penurunan suhu udara basah dan
penurunan
suhu udara kering, nilai entalpi, volume spesifik, temperatur
titik embun, dan
kelembapan spesifik mengalami penurunan. Sedangkan kelembapan
relatif tetap
pada nilai 100 %.
d. Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan atau heating
and
humidifiying titik (F-B).
Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air.
pada proses
ini terjadi kenaikan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola
basah, suhu bola kering.
2.2 Tinjauan Pustaka
Anwar, Khairil, dkk (2010) telah melakukan penelitian tentang
efek
temperatur pipa kapiler terhadap kinerja mesin pendingin.
Penelitian ini dilakukan
dengan metode eksperimen. Penelitian bertujuan (a) untuk
mendapatkan pengaruh
suhu pipa kapiler terhadap kondisi refrigeran dan kapasitas
pendinginan dalam
sistem pendingin (b) untuk mendapatkan kondisi suhu optimal
untuk
mendapatkan kinerja sistem yang lebih baik. Penelitian ini
memberikan hasil (a)
penurunan suhu pendingin pipa kapiler menyebabkan kapasitas
pendinginan dan
koefisien kinerja dari sistem pendingin meningkat (b) kinerja
optimal dari
penelitian ini selama 30 menit diperoleh pada posisi suhu
thermostat terendah
yaitu -20o C dengan koefisien kinerja (COP) sebesar 2,71.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
38
Iskandar R, (2010) telah melakukan penelitian tentang
karakteristik pipa
kapiler dan katup ekspansi termostatik pada sistem pendingin
water chiller.
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen. Penelitian
bertujuan (a) untuk
mengetahui karakteristik dari mesin pendingin water chiller (b)
untuk mengkaji
seberapa jauh pengaruh penggunaan pipa kapiler dan katup
ekspansi termostatik
sebagai alat eskpansi pada sistem pendingin water chiller.
Penelitian ini
memberikan hasil (a) dengan katup ekspansi nilai yang diperoleh
COP antara 3,21
hingga 3,66, sedangkan pipa kapiler mempunyai COP antara 2,15
hingga 2,46 (b)
Katup ekspansi termostatik mempunyai performa yang lebih baik
dibandingkan
dengan pipa kapiler.
Agung Nugroho, (2012) telah melakukan penelitian tentang analisa
sistem
mesin pendingin water chiller yang menggunakan fluida kerja R-12
dengan
variasi puli kompresor. Penelitian ini dilakukan dengan metode
eksperimen.
Penelitian bertujuan (a) untuk menganalisa pengaruh pendinginan
pada kondensor
terhadap performasi sistem berdasarkan analisa keseimbangan
energi (b)
menganalisa performasi sistem water chiller dengan fluida kerja
R-12 dengan
variasi puli kompresor. Penelitian ini memberikan hasil (a)
nilai COP akan
semakin turun jika kecepatan kompresor semakin besar (b) sistem
refrigerasi akan
mengalami penurunan temperature refrigeran pada pengeluaran
evaporator (c)
COP dapat dipengaruhi oleh kerja kompresi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
39
Muchammad, (2006) telah melakukan penelitian tentang pengujian
dan
analisa pressure drop sistem water chiler menggunakan refrigeran
R-22 dan
HCR-22. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen.
Penelitian bertujuan
(a) untuk mendapatkan data kurva karateristik kompresor jenis
rotary hermetic
0,5 PK terhadap kebutuhan konsumsi listrik untuk sistem
pendingin water chiller
dengan menggunakan refrigeran HCR-22 (b) untuk memberikan
informasi dalam
pengembangan desain dan pensimulasian sistem pendingin (c)
membandingkan
unjuk kerja antara sistem yang menggunakan refrigeran HCR-22
dengan sistem
yang menggunakan refrigeran R-22. Penelitian ini memberikan
hasil (a) daya
listrik yang dibutuhkan kompresor dengan refrigeran R-22 lebih
tinggi daripada
HCR-22 pada temperature keluar kondensor yang sama (b) COP dari
sistem water
chiller yang menggunakan refrigeran HCR-22 lebih tinggi
dibanding yang
menggunakan refrigeran R-22.
Penelitian tentang pengaruh aliran udara melintasi kondensor
terhadap
karakteristik siklus kompresi uap pada mesin pendingin showcase
telah dilakukan
oleh Kusbandono, W dan Purwadi, PK (2016). Penelitian tentang
karakteristik
siklus kompresi uap yang dipergunakan selain pada mesin
pendingin, juga telah
dilakukan oleh Purwadi PK dan teman temannya. Untuk
karakteristik siklus
kompresi uap pada mesin pengering pakaian telah dilakukan oleh
Purwadi, PK
dan Kusbandono W (2015, 2016), sedangkan untuk pengeringan
handuk telah
dilakukan oleh Wijaya, K dan Purwadi, PK.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
40
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah water chiller, seperti tersaji pada
Gambar 3.1.
Water chiller bekerja dengan mempergunakan mesin siklus kompresi
uap. Ukuran
water chiller memiliki panjang 1,6 m, lebar 0,5 cm, dan tinggi
1,5 m. Ukuran
ruangan panjang 1,2 m, lebar 0,7 m, dan tinggi 1,3 m. Refrigeran
yang dipakai
water chiller : R – 22. Sebagai beban pendingin, dipergunakan
botol air
berkapasitas 1,5 liter, sebanyak 10 botol, botol dalam keadaan
terbuka.
Gambar 3.1 Skematik mesin water chiller
Pada sistem pengkondisian udara ini, udara segar dimasukan dari
luar dan
dicampur dengan udara balik. Udara segar dimasukkan dengan kipas
udara segar
dan udara balik dialirkan dengan kipas udara balik. Udara
campuran dialirkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
41
melewati evaporator 2 oleh kipas evaporator (kipas udara masuk
dialirkan ke
ruangan yang dikondisikan).
Keterangan pada Gambar 3.1 :
A Kompresor J Kipas evaporator 2
B Kondensor K Kipas udara segar
C Pipa kapiler L Kipas udara balik
D Bak penampung air dingin M Kipas kecil kondesnor
E Evaporator 1 N Kipas besar kondensor
F Submersible pump O Filter dryer
G Saluran input ke evaporator 2 P1 Pressure gauge (tekanan
rendah)
H Saluran output ke evaporator 2 P2 Pressure gauge (tekanan
tinggi)
I Evaporator 2 Q Beban pendinginan
3.2 Bahan, Komponen, Alat Ukur, dan Perakitan Mesin Water
Chiller
Dalam penelitian water chiller diperlukan bahan, alat-alat
bantu, dan
komponen mesin.
3.2.1 Bahan dan Alat-alat Bantu
Adapun bahan dan alat-alat bantu yang diperlukan dalam proses
perakitan
water chiller antara lain :
a. Kayu dan triplek
Kayu (balok) digunakan untuk membuat rangka ruangan, dengan
ukuran 2
m x 4 m. Papan triplek digunakan sebagai dinding ruangan yang
akan didinginkan
oleh water chiller, tebal papan yang digunakan 3 mm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
42
Gambar 3.2 Kayu dan triplek
(Sumber : https://harga.info/harga-kayu/)
b. Besi L
Besi L ( 3x 3) cm digunakan untuk membuat rangka water chiller
sebagai
tempat kondensor, kompresor, evaporator, bak air, dan
lain-lain.
Gambar 3.3 Besi L
(Sumber : https://harga.info/harga-besi-siku/)
c. Paku
Paku digunakan untuk menyatukan kayu dan triplek sehingga
kontruksi
menjadi kuat dan kokoh.
Gambar 3.4 Paku
(Sumber : https://paku-baja/)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://harga.info/harga-besi-siku/
-
43
d. Mur dan baut
Mur dan baut digunakan untuk menyatukan kayu sebagai alas
komponen
water chiler agar kuat menahan beban.
e. Eva Sponge
Eva Sponge digunakan mengisolasi bak air sehingga air yang
didinginkan
tetap terkondisi.
f. Sealtape
Sealtape digunakan untuk merekatkan alumunium dan styrofoam
pada
ruang yang di isolasi untuk mencegah terjadinya kebocoran.
g. Pipa paralon
Pipa paralon (1 inch dan 8 inch) digunakan sebagai sirkulasi air
dari bak
pendingin ke evaporator 2 dan digunakan sebagai sirkulasi udara
balik pada
ruangan water chiller.
h. Alumunium foil
Alumunium foil digunakan untuk mengisolasi dinding ruangan
dan
mempertahankan suhu ruangan yang didinginkan.
i. Pipa tembaga
Pipa tembaga digunakan sebagai jalur mengalirnya refrigeran pada
mesin
kompresi uap. Pipa tembaga yang digunakan berukuran diameter 5
mm.
j. Bak air
Bak air digunakan untuk menampung air yang didinginkan oleh
mesin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
44
water chiller. Bak air yang digunakan berukuran 40 cm x 33 cm x
28 cm dan
memiliki kapasitas 37 liter.
Gambar 3.5 Bak penampung air dingin
k. Refrigeran Primer (R-22)
Refrigeran primer adalah fluida kerja yang digunakan pada mesin
siklus
komprsi uap. Refrigeran berfungsi untuk menyerap dan melepas
kalor dari
lingkungan sekitar. Jenis refrigeran yang digunakan mesin dalam
penelitian ini
adalah R-22.
Gambar 3.6 Refrigeran R-22 (Sumber :
https://www.google.com/search?q=refrigerant)
l. Refrigeran Sekunder (air)
Air bertindak sebagai refrigeran sekunder digunakan sebagai
fluida kerja
yang didinginkan oleh evaporator dan disirkulasikan menuju
evaporator 2 dengan
bantuan pompa. Volume yang dipergunakan : 23 liter air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://www.google.com/search?q=refrigerant
-
45
m. Gergaji
Gergaji digunakan untuk memotong kayu dan besi saat
pembuatan
ruangan dan kerangka mesin water chiller. Gergaji yang digunakan
adalah gergaji
besi dan kayu.
Gambar 3.7 Gergaji besi dan kayu
n. Palu
Palu digunakan untuk memukul paku sehinga paku dapat menyatu
dengan
kayu dan triplek.
o. Mistar
Mistar/ meteran digunakan untuk mengukur panjang, lebar, dan
tinggi
bahan yang akan digunakan dalam pembuatan mesin water
chiller.
p. Tube expander
Tube expander digunakan untuk mengembangkan diameter ujung
pipa
tembaga sehingga sambungan pipa dapat terhubung dengan baik
dan
mempermudah saat proses pengelasan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
46
Gambar 3.8 Tube expander (Sumber :
https://www.google.com/search?q=tube+expander)
q. Alat las dan Gas hi-cook
Alat las ini digunakan untuk memanaskan pipa sambungan dan
filler,
sehingga sambungan dapat tersambung dengan rapat.
Gambar 3.9 Alat las hi cook (Sumber : https://www.google.com/
=gas+hi+cook+las&oql=img.)
r. Tube cutter
Tube cutter digunakan untuk memotong pipa tembaga sehingga
hasil
potongan terpotong dengan baik dan mempermudah proses
pengelasan.
s. Obeng
Obeng digunakan untuk melepas dan mengencangkan baut. Obeng
yang
digunakan berprofil (-) dan (+).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://www.google.com/search?q=tube+expander
-
47
t. Kunci set
Kunci set yang digunakan berupa kunci pas dan kunci ring, untuk
melepas
dan mengencangkan baut.
u. Bahan las
Bahan las yang digunakan untuk mengelas sambungan antar pipa
yaitu
mengunakan filler dan borak. Borak digunakan agar sambungan
lebih meerkat.
v. Pompa vakum
Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan saluran pipa
refrigerant
untuk membersihkan saluran dari kotoran dan mencegah terjadinya
penyumbatan.
w. Metil
Metil dipergunakan untuk pembersih saluran refrigeran agar
terbebas dari
kotoran dan mencegah tersumbatnya refrigeran.
3.2.2 Komponen Mesin
Komponen yang digunakan dalam proses perakitan water chiller
antara
lain, adalah sebagai berikut :
a. Kompresor
Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap
yang
berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan refrigeran
yang mengalir
dan bersirkulasi dalam unit mesin pendingin. Kompresor yang
digunakan berjenis
rotary dengan daya 3/4 PK, tegangan yang digunakan 220V, dan
arus yang
bekerja pada kompresor adalah 2,8.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
48
Gambar 3.10 Kompresor rotary
b. Kondensor
Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengkondisikan
refrigeran
dari fase uap menjadi cair. Untuk mengubah fase uap menjadi cair
diperlukan
suhu lingkungan yang lebih rendah dari suhu refrigeran sehingga
dapat terjadi
pelepasan kalor ke lingkungan oleh kondensor. Kondensor yang
digunakan untuk
water chiller ini adalah kondensor jenis force draught
condenser. Pada tipe ini
proses perpindahan kalornya secara konveksi paksa atau dengan
bantuan kipas.
Kondensor tipe U dengan kipas satu set, jari-jari penguat dan
bersirip dengan
jumlah U 5, panjang 28 cm, tinggi 28 cm, lebar 8,5 cm, diameter
pipa 10 mm,
tebal sirip 0.1 mm, jarak antar sirip 3 mm dan jumlah sirip
sebanyak 102. Pipa
yang digunakan berbahan tembaga dan sirip berbahan
aluminium.
Gambar 3.11 Kondensor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
49
c. Evaporator 1
Evaporator 1 (Gambar 3.1) merupakan tempat perubahan fase
refrigeran
dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat
penguapan. Jenis
evaporator yang digunakan merupakan jenis evaporator pipa
bersirip dengan daya
¾ PK, panjang 36 cm, tinggi 30 cm, lebar 6 cm, jumlah U 7, dan
jumlah sirip
sebanyak 184.
Gambar 3.12 Evaporator 1
d. Pipa kapiler
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran dari
tekanan
tinggi ke tekanan rendah sebelum masuk ke evaporator pada siklus
kompresi uap.
Ketika refrigeran mengalami penurunan tekanan, temperatur
refrigeran juga
mengalami penurunan. Penggunaan pipa kapiler pada mesin kompresi
uap
mempermudah kerja kompresor pada waktu start, karena tekanan
kondensor dan
evaporator sama. Pipa kapiler ini terbuat dari bahan tembaga
dengan diameter
0,54 mm dan panjang 130 cm, 150 cm, dan 180 cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
50
Gambar 3.13 Pipa kapiler
e. Evaporator 2
Evaporator 2 (Gambar 3.1) berfungsi untuk mendinginkan udara di
dalam
ruangan pendingin, didalamnya mengalir fluida (air) yang telah
didinginkan oleh
evaporator 1. Evaporator 2 yang digunakan memiliki panjang 45
cm, lebar 6 cm,
tinggi 25 cm, dan jumlah sirip 8910. Evaporator ini terbuat dari
alumunium dan
jenis evaporator ini adalah pipa bersirip. Pada evaporator
terdapat 2 saluran yaitu
saluran input dan ouput yang memiliki diameter 1 inch.
Gambar 3.14 Evaporator 2
f. Kipas
Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling (sudu).
Kipas ini
berfungsi untuk mengalirkan udara, sehingga kipas dapat
mempercepat proses
perpindahan kalor. Kipas yang digunakan dalam water chiller ini
berjumlah 5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
51
buah yaitu kipas 4 di belakang kondensor dan kipas 5 di depan
kondensor, kipas 2
di depan evaporator 2, kipas 3 untuk sirkulasi udara balik, dan
kipas 4 untuk
mengalirkan udara segar.
a. Kipas 1 ( Kipas evaporator 2)
Jumlah sudu : 3
Diameter sudu : 50 cm
Kecepatan putaran : 1360 rpm
Tegangan : 220 V
Daya : 30 watt
b. Kipas 2 ( Kipas udara balik )
Jumlah sudu : 3
Diameter sudu :12 cm
Kecepatan putaran : 1800 rpm
Tegangan : 220 V
Daya : 20 watt
c. Kipas 3 (Kipas udara segar)
Jumlah sudu : 7
Diameter sudu :12 cm
Kecepatan putaran : 2150 rpm
Tegangan : 220 V
Daya : 50 watt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
52
d. Kipas 4 (kipas kecil kondensor)
Jumlah sudu : 5
Diameter sudu : 18 cm
Kecepatan putaran : 1300 rpm
Tegangan : 220 V
Daya : 30 watt
e. Kipas 5 (kipas besar kondensor)
Jumlah sudu : 5
Diameter sudu : 40 cm
Kecepatan putaran : 1000 rpm
Tegangan : 220 V
Daya : 30 watt
Gambar 3.15 Kipas
g. Pompa air
Pompa air digunakan untuk mensirkulasikan fluida kerja (air)
yang telah
terkondisikan dari bak penampung air menuju ke evaporator 2.
Pompa air yang
digunakan memiliki ukuran panjang 15 cm, lebar 11 cm, tinggi 12
cm dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
53
memiliki spesifikasi : daya 38 watt, tegangan listrik/frekuensi
: 220 V/50Hz, Qmax
2000lt/jam, dan Hmax 2 m. Pompa air yang digunakan berjenis
pompa submersible
(pompa celup) disebut juga electric submersible yang
dioperasikan di dalam air.
Gambar 3.16 Pompa air submersible
3.2.3 Alat Ukur
Dalam proses pengambilan data diperlukan alat ukur untuk
melakukan
penelitian, berikut alat-alat ukur penelitian yang dipakai : (a)
termokopel dan
penampil suhu digital, (b) hygrometer, (c) stopwatch digital,
(d) pressure gauge,
(e) tang ampere, (f) gelas ukur, (g) tachometer
a. Termokopel dan penampil suhu digital
Termokopel berfungsi untuk mengetahui suhu disuatu tempat
yang
diinginkan pada saat water chiller bekerja, dengan cara
menempelkan bagian
ujung dari termokopel pada tempat yang ingin diukur suhunya.
Prinsip kerja alat
ini menggunakan sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau
mengukur
suhu melalui dua jenis logam berbeda yang di gabung pada
ujungnya sehingga
menimbulkan efek thermo-electric.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
54
Gambar 3.17 Termokopel dan penampil suhu digital
b. Hygrometer
Hygrometer digunakan untuk mengukur tingkat kelembapan udara
pada suatu
tempat. Alat ini dapat mengetahui suhu udara basah dan kering
karena terdapat
termometer basah dan kering. Kondisi bulb dibasahi dengan air
untuk
thermometer yang dipergunakan mengukur suhu udara basah, dan
tidak dibasahi
untuk mengukur mengukur suhu udara kering. Dengan diketahui suhu
udara
kering dan basah dapat diketahui nilai kelembapan udara di
tempat tersebut.
Gambar 3.18 Hygrometer
a b
Tdb (℃) Twb (℃)
50 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
-10 -10
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
55
c. Stopwatch digital
Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu dalam
melakukan
pengujian water chiller. Lama waktu yang dibutuhkan dalam setiap
kali
pengambilan data adalah 15 menit sekali.
Gambar 3.19 Stopwatch
(Sumber : https://www.google.com/ =stopwatch/img.)
d. Pressure gauge
Pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan kerja refrigeran
dalam
siklus kompresi uap, pengukuran tekanan kerja kondensor, dan
tekanan kerja
evaporator. Pressure gauge ini memiliki batas tekanan untuk
pengukuran tekanan
kondensor (merah) memiliki batas maksimal 800 Psi dan untuk
pengukuran
tekanan evaporator (biru) memiliki batas maksimal 500 Psi.
Gambar 3.20 Pressure gauge
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
56
e. Tang ampere
Tang ampere (clamp meter) digunakan untuk mengukur arus listrik
yang
mengalir pada kompresor dengan cara menjepit kedua rahang
penjepitnya tanpa
harus mengkontak langsung dengan terminal listriknya. Kabel yang
dijepit hanya
satu kabel aliran, bukan dua-duanya.
Gambar 3.21 Tang ampere
(Sumber : https://www.google.com/tang-ampere.img.)
f. Gelas ukur
Gelas ukur dipergunakan untuk mengukur volume air dingin
yang
bersirkulasi pada evaporator 2.
Gambar 3.22 Gelas ukur
(Sumber :
https://shopee.co.id/Gelas-Ukur-Takar-Plastik-5-Liter-(5000-ml)-
i.6678187.1572519468)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://www.google.com/tang-ampere.imghttps://shopee.co.id/Gelas-Ukur-Takar-Plastik-5-Liter-(5000-ml)-i.6678187.1572519468)https://shopee.co.id/Gelas-Ukur-Takar-Plastik-5-Liter-(5000-ml)-i.6678187.1572519468)
-
57
g. Tachometer
Tachometer merupakan alat yang berfungsi untuk mengetahui rpm
dari
benda yang berputar.
Gambar 3.23 Tachometer
(Sumber : https:// www.instrumentchoice.com.au)
h. Anemometer
Alat yang dipergunakan untuk mengukur aliran udara segar masuk
dan
udara balik.
Gambar 3.24 Anemometer
(Sumber : https:// www. manomano.co.uk)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
58
3.2.4 Perakitan Water Chiller
Dalam perakitan water chiller, desain dilakukan dengan cara
manual dan
sederhana. Hal-hal yang perlu dilakukan dalam perakitan mesin
adalah :
a. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan untuk merakit
water
chiller.
b. Memotong besi L dengan ukuran 200 cm x 60 cm x 160 cm,
serta
melakukan pengelasan sebagai kerangka water chiller.
c. Memotong kayu dan triplek dengan ukuran 130 cm x 70 cm x dan
130 cm,
serta merakit untuk kerangka dan dinding ruang pendingin water
chiller.
d. Pemasangan komponen dasar water chiller, seperti :
kompresor,
kondensor, evaporator, dan pipa kapiler.
e. Pemasangan pipa tembaga dan melakukan pengelasan antar
sambungan
pipa tembaga.
f. Pemasangan set pressure gauge (manifold gauge)
g. Pemasangan komponen pendukung seperti : evaporator 2 dan
pompa air.
h. Pemasangan pipa-pipa paralon.
i. Pemasangan kipas evaporator 2, kipas udara balik dan kipas
udara segar.
j. Pengisian refrigeran R-22
k. Pengecekan kebocoran refrigeran pada setiap sambungan pipa
tembaga
dan kapiler.
l. Pemasangan kelistrikan kipas pada water chiller.
m. Pengecekan ulang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
59
3.2.5 Proses Pengisian Refrigeran
Sebelum melakukan pengisian refrigeran ada beberapa proses yang
harus
dilakukan antara lain : (a) proses pemetilan, (b) proses
pemvakuman, dan (c)
proses pengisian refrigeran R-22. Adapun penjelasannya sebagai
berikut :
a. Proses pemetilan
Proses pemetilan adalah pemberian metil pada pipa kapiler yang
telah
dipasang pada mesin siklus kompresi uap dengan cara :
1. Menghidupkan kompresor dan membuka tutup pentil.
2. Menuang metil sesuai ketentuan spesifikasi mesin
3. Memasukkan ujung pipa kapiler pada wadah yang berisi metil,
sehingga
metil terhisap oleh pipa kapiler.
4. Mematikan kompresor dan mengelas ujung pipa kapiler pada
lubang
keluar filter, agar ujung pipa kapiler tertutup rapat.
b. Proses pemvakuman
Proses pemvakuman merupakan proses menghilangkan udara, uap air,
dan
kotoran yang terjebak dalam saluran refrigeran mesin kompresi
uap. Langkah-
langkah pemvakuman sebagai berikut :
1. Mempersiapkan pressure gauge dengan 1 selang (low pressure)
yang
dipasang pada pentil yang sudah dipasang dopnya dan 1 selang
(high
pressure) yang dipasang pada tabung refrigeran.
2. Pada saat pemvakuman, kran manifold/pressure gauge
diposisikan terbuka
dan kran tabung refrigeran diposisikan tertutup.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
60
3. Menghidupkan kompresor, udara yang terjebak dalam siklus akan
tersedot
keluar melalui ujung pipa kapiler yang terdapat pada filter.
4. Memastikan udar