Laporan Praktikum Mesin Pendingin
Laporan Praktikum Mesin Pendingin
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangKebutuhan hidup manusia jaman sekarang sudah
semakin berkembang, terutama masalah kenyamanan dalam kehidupan
sehari-hari. Diantaranya adalah pemenuhan akan udara bersih dan
segar pada daerah yang memiliki suhu udara yang ralatif tinggi.
Panas yang membuat orang menjadi gerah berada di dalam ruangan pada
saat bekerja menjadikan suatu inspirasi bagi para ilmuwan untuk
menciptakan alat yang bisa memberikan kesegaran udara di
sekitarnya. Oleh karena itu diciptakan alat air
conditioning.Kebutuhan mesin pendingin yang akhir-akhir ini
meningkat di negara kita telah menyebabkan adanya permintaan yang
sangat banyak mengenai tenaga-tenaga yang memiliki kemampuan dasar
tentang prinsip kerja mesin pendingin.Secara umum mesin pendingin
mempunyai prinsip kerja yaitu dengan cara refrigerant yang berada
di dalam kompresor dinaikkan tekanannya sampai menjadi gas.
Kemudian zat refrigerant itu dialirkan ke dalam kondensor untuk
diubah menjadi cair untuk selanjutnya dialirkan ke dalam katup
ekspansi. Setelah melewati katup ekspansi kemudian zat refrigerant
itu di ekspansikan ke dalam evaporator dalam keadaan gas untuk
mengambil panas dari lingkungan untuk selanjutnya diteruskan ke
kompresor demikian seterusnya.Secara umum mesin pendingin hanya
dipakai untuk proses pendinginan ruangan saja, tetapi pada
masa-masa sekarang ini telah dijumpai prinsip kerja dari mesin
pendingin yang diaplikasikan untuk proses pengawetan, penyerapan
kalor dari bahan-bahan kimia pada industri petrokimia, perminyakan
serta industri lain.
1.2 Rumusan MasalahPada laporan ini rumusan masalah yang akan
dibahas adalah :1. Berapakah besarnya COP total dari seluruh
instalasi mesin pendingin, energi yang hilang dari setiap potongan
duct, dan efisiensi ketel sebagai komponen pelengkap instalasi P.A.
HILTON.2. Berapakah besarnya kapasitas pendinginan, COP berdasarkan
siklus refrigerant, dan efisiensi dari evaporator sebagai komponen
utama heat exchanger.1.3 Batasan MasalahUntuk lebih menarahkan
praktikum yang dilakukan, maka ada beberapa masalah yang perlu
dibatasi. Batasan-batasan tersebut adalah :1. Tidak membahas secara
lebih spesifik mengenai gesekan yang terjadi dalam saluran (duct)
yang berpengaruh terhadap losses yang terjadi.2. Tidak dibahas
secara detail mengenai perpindahan panas antara saluran (duct)
dengan lingkungan.1.4 Maksud dan Tujuan PraktikumPada praktikum ini
bermaksud :1. Mengetahui tentang besarnya COP dari instalasi mesin
pendingin, energi yang hilang dari setiap potongan duct, dan
efisiensi ketel sebagai komponen pelengkap instalasi P.A. HILTON.2.
Mengetahui besarnya kapasitas pendinginan, COP berdasarkan siklus
refrigerant, dan efisiensi dari evaporator sebagai komponen utama
heat exchanger.
1.5 Manfaat PraktikumDengan melaksanakan praktikum mesin
pendingin ini, akan dapat memahami dan mengenal proses serta
siklus-siklus termodinamika yang terjadi dan dapat mengetahui
komponen yang terlibat di dalamnya sehingga praktikan dapat
mengetahui pengaruh-pengaruhnya dalam unjuk kerja mesin.
1.6 Sistematika PenulisanSistematika dari penulisan laporan ini
adalah sebagai berikut :BAB I PENDAHULUANPada bab ini membahas
mengenai hal-hal yang bersifat umum dalam suatu karya ilmiah, yang
meliputi latar belakang masalah, batasan masalah, maksud dan tujuan
praktikum, manfaat praktikum, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKABab ini membahas teori-teori yang
digunakan sebagai dasar untuk pembahasan bab-bab selanjutnya
meliputi definisi mesin pendingin, dasar pengkondisian udara mesin
pendingin, fungsi alat, dan macam macam alat.BAB III PELAKSANAAN
PERCOBAANBab ini membahas mengenai instalasi mesin pendingin,
pengkondisian udara, spesifikasi peralatan, pelaksanaan
percobaan.BAB IV PENGOLAHAN DATAHal-hal yang dibahas dalam bab ini
meliputi perhitungan data dan pembahasan data yang diperoleh selama
pelaksanaan percobaan.BAB V KESIMPULAN DAN SARANBab ini berisi
tentang kesimpulan yang didapatkan dari pembahasan yang telah
dilakukan serta saran yang diajukan oleh praktikan kepada
laboratorium setelah pelaksanaan praktikum selesai dikerjakan.
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Mesin PendinginMesin pendingin adalah mesin
konversi energi yang dipakai untuk memindahkan kalor dari reservoir
panas bertemperatur tinggi menuju reservoir panas bertemperatur
lebih tinggi dengan menambahkan kerja kalor dari luar. Secara
jelasnya, mesin pendingin merupakan peralatan yang digunakan dalam
proses pendinginan suatu materi (fluida) sehingga mencapai
temperatur dan kelembapan yang diinginkan dengan jalan menyerap
panas (kalor) dari meteri (fluida) yang dikondisikan atau dengan
kata lain menyerap panas dari suatu panas dari reservoir dingin dan
diberikan ke reservoir panas.
2.2 Mesin Pendingin2.2.1 Sejarah Mesin PendinginPerkembangan
siklus refrigerant dan mesin pendingin merintis jalan bagi
pertambahan dan penggunaan mesin penyegar udara (air conditioning).
Teknologi ini dimulai oleh Cagnicered De La Tour (Perancis,1832)
kemudian dilanjutkan oleh Hurprey Day dan asistennya M.Faraday
(Inggris,1824) lalu Josep M.C.Credy (Amerika,1887) yang pertama
membuat instalasi mesin pendingin yang dinamakan mesin pencuci
udara (air washer) yaitu sistem pendingin yang menggunakan gerakan
air, sedangkan Dr. Willis Houlan Carrier (Amerika, 1906) membuat
alat pengukur temperatur dengan kelembapan udara yang kemudian
dipatenkan pada tahun 1911.Pada peralihan abad 19 sampai dengan
abad 20, kompresor digerakkan oleh uap dengan kecepatan maksimal
serpid. Pada tahun 1990 industri refrigerasi kental diwarnai
peralihan dari konsumsi es alami ke es buatan dan persaingan antara
kedua produk tersebut sekitar 15 tahun.Air conditioning dngan
kapasitas 450 ton untuk pertama kalinya dipasang di New York
Exchange dan sistem yang sama pada waktu yang hampir sama dipasang
di sebuah gedung teater di Jerman. Tahun 1905 Garder T Forness
mempatenkan kompresor temuannya dimana gas refrigerant dari 2 buah
evaporator dengan tekanan berbeda bisa ditarik dan ditekan dalam
satu silinder tunggal. Menariknya, penemuan itu baru dikembangkan
40 tahun kemudian. Memasuki tahun 1911 kecepatan kompresor
meningkat menjadi 100-300 rpm dan pada tahun 1915 untuk pertama
kalinya kompresor dua tingkat dioperasikan. Sistem ini masih belum
bisa sempurna dan dipakai pada tahun 1940. Setelah perang dunia
pertama biro standar Amerika membuat rumusan yang akurat untuk
panas laten es sehingga sistem perancangan jet mulai digunakan pada
industri minyak.
2.2.2 Macam Mesin PendinginBerdasarkan penggunaannya, mesin
pendingin dibedakan menjadi 3 macam, yaitu :1. Air conditionerUntuk
mempertahankan kelembapan relatif di dalam suatu ruangan, sehingga
diperoleh kesegaran serta kenyamanan. Mesin ini banyak digunakan
pada laboratorium, tempat tinggal, kantor, dll2. Cold storageMesin
ini digunakan untuk menjaga kestabilan temperatur ruangan (menjaga
temperatur dan kelembapan). Berfungsi untuk menyimpan bahan makanan
dan minuman, alat kedokteran, dan yang lainnya.3. FreezerMesin ini
berfungsi untuk mendapatkan temperatur yang sangat rendah dan
biasanya mencapai 00 C. Digunakan pada pembuatan es, untuk
pengawetan daging, ikan, dan lainnya. Menurut cara kerjanya, mesin
pendingin dibagi menjadi :a. Mesin pendingin dengan siklus kompresi
uapMesin ini menggunakan kompresor untuk menaikkan tekanan uap zat
pendingin dari evaporator kemudian mendorongnya ke dalam kondensor
agar mudah diembunkan. Siklus pada mesin ini hampir menggunakan
kebalikan dari siklus rankine, perbandingannya adalah siklus ini
menggunakan klep yang menghasilkan penurunan tekanan secara
isoenthalpy.
Gambar 2.1 Sistem Pendinginan Kompresi UapSumber : Refrigerasi
dan Pengkondisian Udara (W.F.Stoecker,1992 : 187)
b. Mesin pendingin dengan siklus pendinginan absorbsiMesin ini
menggunakan zat penyerap, generator, dan absorbsi fluida. Kerja
sistem zat pendingin yang bertekanan rendah dihisap oleh larutan
cair dalam absorber. Proses absorbsi dilakukan secara adiabatis,
suhu larutan naik dan absorbsi uap akan berhenti. Untuk mengaitkan
proses absorbsi, absorber didinginkan oleh udara atau air lalu
melepas kalor ke udara bebas. Lalu dipompakan ke tekanan tinggi. Di
dalam generator uap dikeluarkan dan larutan penyerap dengan
menambahkan kalor. Larutan cairan dikembalikan ke absorber melalui
katup throttle untuk menurunkan tekanan.
Gambar 2.2 Sistem Pendinginan AbsorbsiSumber : Refrigerasi dan
Pengkondisian Udara (W.F.Stoecker,1992 : l87)
1.2.3 Fungsi Mesin PendinginSecara umum mesin pendingin
mempunyai fungssi sebagai berikut :1. Menjaga temperatur udara yang
berada pada suatu ruang2. Menyimpan bahan makanan agar tidak cepat
membusuk3. menyerap kalor yang ada pada suatu ruangan
1.2.4 Bagian Utama Mesin Pendingin Kompresi Uap1. KompresorAlat
yang digunakan untuk mengkompresikan refrigerant (zat pendingin)
yang berbentuk uap ke dalam kondensor sehingga tekanannya naik dan
mudah diembunkan.a. Kompresor positifGas masuk ke dalam silinder
dan dikompresikanb. Kompresor dinamikGas yang dihisap masuk
dipercepat alirannya oleh sebuah impeler yang kemudian merubah
energi kinetik untuk menaikkan tekananKompresor dapat digolongkan
berdasarkan spesifikasinya antara lain :1. Berdasarkan metode
kompresi terbagi menjadi 2 jenis yaitu :a. Metode kompresi positif
dibagi menjadi 4 yaitu :- Kompresi torak bolak-balik
Gambar 2.3 Kompresi torak bolak-balikSumber : Penyegaran Udara,
(Wiranto Aris, 2002 : 127)
- Kompresi tingkat gan da bolak-balik
Gambar 2.4 Kompresi tingkat ganda bolak-balikSumber : Penyegaran
Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 129)
- Kompresor putar
Gambar 2.5 Mekanisme Kompresor PutarSumber : Penyegaran Udara,
(Wiranto Aris, 2002 : 127)
- Kompresor Sekrup
Gambar 2.6 Mekanisme Kompresor SekrupSumber : Penyegaran Udara,
(Wiranto Aris, 2002 : 131)
b. Metode Kompresi sentrifugal dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :-
Kompresor sentrifugal tunggal- Kompresor sentrifugal tingkat
ganda2. Penggolongan berdasarkan bentuk :- Kompresor vertikal-
Kompresor horizontal- Kompresor sumbu banyak3. Penggolongan
berdasarkan kecepatan putar :- Jenis kecepatan tinggi- Jenis
kecepatan rendah4. Penggolongan berdasarkan refrigerant- Kompresor
amonia- Kompresor freon- Kompresor CO25. Penggolongan berdasarkan
konstruksi- Jenis terbuka- Jenis hermetikPada dasarnya kompresor
hermetik hampir sama dengan kompresor semi hermetik. Perbedaannya
terletak pada penyambungan rumah baja kompresor dengan stator motor
penggeraknya. Pada kompresor jenis semi hermetik rumah tersebut
terbuat dari besi tuang dan bagian penutup dan penyambungnya masih
dapat terbuka. Sebaliknya kompresor hermetik rumah kompresor dibuat
dari baja dengan sambungan las sehingga tidak dapat terbuka.
Gambar 2.7 Kompresor HermetikSumber : Anonymous 1 : 2013
2. KondensorAlat yang berfungsi untuk mengubah refrigerant (zat
pendingin) yang mempunyai fase/wujud uap menjadi cair pada tekanan
konstan (sebagai alat pengembun refrigerant). Kondensor dibagi
menjadi 4, yaitu :a. Kondensor tabung dan pipa horizontalBanyak
digunakan pada unit pendinginan air dan penyegar udara baik untuk
amonia maupun freon. Untuk amonia pipa pendingin biasanya terbuat
dari pipa baja. Sedangkan pada freon pipa pendingin menggunakan
pipa tembaga. Jika dikehendaki adanya ketahanan korosi sebaiknya
digunakan pipa kuningan atau cupro nikel dan pelat pipa
kuningan.
Gambar 2.8 Kondensor tabung dan pipa horizontalSumber :
Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 150)
b. Kondensor tabung dan pipa coilBanyak digunakan pada unit
freon sebagai refrigerant berkapasitas kecil misal pada penyegar
udara jenis paket pendinginan air dan sebagainya. Pipa pendinginan
terbuat dari tembaga dengan atau tanpa sirip. Pipa itu mudah dibuat
dan harganya murah.
Gambar 2.9 Kondensor tabung dan koilSumber : Penyegaran
Udara,(Wiranto Aris, 2002 : 151)
c. Kondensor jenis pipa gandaMerupakan susunan dari dua pipa
koaksial yang dipakai pada pipa refrigerasi berkapasitas rendah dan
freon sebagai refrigerant-nya. Digunakan pipa dalam dan pipa luar
terbuat dari pipa tembaga dan bersirip.
Gambar 2.10 Kondensor Jenis Pipa GandaSumber : Penyegaran Udara,
(Wiranto Aris, 2002 : 152)
d. Kondensor Pendingin Udara Koil Bersirip Pelat Terdiri dari
koil pipa pendingin bersirip pelat dengan sirip alumunium atau pipa
tembaga dan sirip tembaga.
Gambar 2.11 Kondensor Pendingin Udara Koil Bersirip PelatSumber
: Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 152)
3. Katup EkspansiMempunyai fungsi untuk menguapkan cairan
refrigerant agar mudah menguap jika mendapat panas. Ada 3 jenis
katup ekspansi, yaitu :
a. Katup Ekspansi Otomatik Termostatik Jenis Pengaman
Gambar 2.12 Katup Ekspansi Otomatik Termostatik Jenis
PengamanSumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 163)
b. Katup Ekspansi ManualAdalah katup ekspansi dengan throttle
yang diatur secara manual yaitu menggunakan katup jarum yang
berbeda dengan katup stop biasa.
Gambar 2.13 Katup Ekspansi ManualSumber : Penyegaran Udara,
(Wiranto Aris, 2002 : 163)
c. Katup ekspansi tekanan konstanKatup digerakkan oleh tekanan
evaporator untuk mempertahankan tekanan konstan di evaporator.
Gambar 2.14 Katup Ekspansi Tekanan KonstanSumber : Penyegaran
Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 163)
4. EvaporatorBerfungsi untuk menyerap panas dari udara luar
sehingga refrigerant berubah fase menjadi uap. Evaporator dibagi
dalam beberapa golongan sesuai dengan refrigerant yang ada di
dalamnya, yaitu :a. Jenis ekspansi keringCairan yang diekspansikan
melalui katup ekspansi pada waktu masuk ke dalam evaporator sudah
dalam keadaan campuran dengan uap sehingga keluar dari evaporator
dalam keadaan kering.b. Jenis setengah basahEvaporator dengan
kondisi refrigerant antara evaporator jenis ekspansi kering dan
evaporator jenis basah. Dalam evaporator jenis basah selalu ada
refrigerant dalam pipa penguapannya.c. BasahDalam evaporator ini
sebagian besar evaporator terdiri oleh cairan
refrigerant.Evaporator memiliki 3 macam konstruksi, yaitu :
a. Evaporator Tabung Dan KoilDipakai pada mesin pendingin kecil.
Terdapat pipa koil tunggal atau pipa ganda di dalam sebuah
silinder.
Gambar 2.15 Evaporator Tabung Dan KoilSumber : Penyegaran Udara,
(Wiranto Aris, 2002 : 157)
b. Evaporator Tabung Dan Pipa Jenis Ekspansi KeringMenggunakan
banyak pipa yang dipasang di dalam tabung seperti pada gambar di
bawah ini :
Gambar 2.16 Evaporator Tabung Dan Pipa Jenis Ekspansi
KeringSumber : Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 157)
c. Evaporator Kecil Dengan Pendingin UdaraTerdiri dari pipa koil
bersirip di bagian luarnya. Ada 2 macam koil dengan pendinginan
udara ekspansi langsung. Pada ekspansi langsung refrigerant
diuapkan langsung di pipa evaporator. Sedangkan pada ekspansi tak
langsung udara didinginkan dulu oleh refrigerant.
Gambar 2.17 Evaporator Kecil Dengan Pendingin UdaraSumber :
Penyegaran Udara, (Wiranto Aris, 2002 : 160)
1.2.5 Siklus Mesin PendinginSiklus termodinamika mesin pendingin
yang ideal adalah siklus mesin carnot terbalik, tetapi siklus ini
sulit untuk dicapai.
Gambar 2.18 : Diagram T-S Siklus Mesin PendinginSumber :
Refrigerasi dan Pengkondisian Udara (W.F.Stoecker,1992 : 187)
Keterangan :1 - 2 : kompresi adiabatis reversible dari Tb ke Ta2
- 3 : proses pelepasan panas pada temperatur dan tekanan konstan3 -
4 : proses ekspansi secara isentropik4 - 1 : proses penguapan
refrigerant pada temperatur dan tekanan konstanUntuk siklus
pendingin aktual dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.19 : Siklus Aktual Mesin PendinginSumber : Refrigerasi
dan Pengkondisian Udara (W.F.Stoecker,1992 : 184)
Keterangan :1 - 2 : kompresi adiabatis reversible di kompresor 2
- 3 : proses pelepasan panas pada tekanan konstan (proses
kondensasi pada kondensor)3 - 4 : proses ekspansi secara
isoenthalpy pada expansion valve4 - 1 : proses penyerapan panas
secara isobaris dan penguapan refrigerant yang berlangsung secara
isobaris pada evaporatorPada komponen-komponen mesin pendingin
terjadi perubahan-perubahan, yaitu :- pada kompresor (1 - 2)-
Enthalpy, tekanan, dan temperatur naik- entropy konstan- perubahan
fase dari uap jenuh ke uap panas lanjut- terjadi pelepasan kalor-
pada kondensor (2 - 3)-Enthalpy, tekanan, dan temperatur
turun-tekanan konstan-perubahan fase dari uap panas lanjut ke cair
jenuh-terjadi pelepasan kalor- pada expansion valve (3 -
4)-Enthalpy konstan-entropy naik-perubahan fase dari cair januh
menjadi uap basah
- pada evaporator (4 - 1)-tekanan dan temperatur
konstan-Enthalpy dan entropy naik-perubahan fase dari uap basah
menjadi uap jenuhPada siklus aktual terjadi
penyimpangan-penyimpangan yang disebabkan oleh : Sub cooling,
terjadi karena jumlah panas yang diambil dari refrigerant oleh air
pada kompresor terlalu berlebihan sehingga menyebabkan penyimpangan
dari titik 3 ke 3. Superheating, terjadi karena jumlah panas yang
diserap oleh refrigerant terlalu banyak sehingga terjadi
penyimpangan dari titik 1 ke 1. Pressure drop pada kondensor dan
evaporator, terjadi karena uap refrigerant masuk ke ruang yang
lebih besar, adanya losses akibat belokan, gesekan antara fluida
dan dinding pipa, kebocoran, atau isolasi yang kurang baik pada
saluran atau pompa sehingga proses tidak isobarik.
Gambar 2.20 : Daur kompresi uap nyata dibandingkan dengan daur
standarSumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara
(W.F.Stoecker,1992 : 191)
1.2.6 AC CentralAC central sistem pendinginan ruangan yang
dikontrol dari satu titik atau tempat dan didistribusikan secara
terpusat ke seluruh isi gedung dengan kapasitas yang sesuai dengan
ukuran ruangan dan isinya dengan menggunakan saluran udara/ducting
ac.
Gambar 2.21 Ducting ACSumber : Anonymous 2 : 2013
Secara garis besar sistem AC central terbagi atas beberapa
komponen, yaitu :1.Chiller/condencing unit/outdoor acPada unit
pendingin atau chiller yang menggunakan sistem kompresi uap,
komponennya terdiri dari kompresor, kondensor, alat ekspansi, dan
evaporator. Pada chiller biasanya tipe kondensornya adalah
water-cooled kondensor. Air untuk mendinginkan kondensor dialirkan
melalui pipa yang kemudian outputnya didinginkan kembali secara
evaporative cooling pada cooling tower.Pada komponen evaporator,
jika sistemnya indirect cooling maka fluida yang didinginkan tidak
langsung udara melainkan air yang dialirkan melalui sistem
pemipaan. Air yang mengalami pendinginan pada evaporator dialirkan
menuju sistem penanganan udara (AHU) menuju koil pendingin.
Gambar 2.22 Chiller AC CentralSumber : Anonymous 3 : 2013
2.AHU (Air Handling Unit)Prinsip kerja secara sederhana pada
unit penanganan udara ini adalah menyedot udara dari ruangan
(return air) yang kemudian dicampur dengan udara segar dari
lingkungan (fresh air) dengan komposisi yang bisa diubah-ubah
sesuai keinginan. Campuran udara tersebut masuk menuju AHU melewati
filter, fan sentrifugal dan koil pendingin. Setelah itu udara yang
telah mengalami penurunan temperatur didistribusikan secara merata
ke setiap ruangan melewati saluran udara (ducting) yang telah
dirancang terlebih dahulu sehingga lokasi yang jauh sekalipun bisa
terjangkau.AHU memiliki beberapa komponen yang ada di dalamnya
antara lain :a. FilterMerupakan penyaring udara dari kotoran, debu,
atau partikel-patikel lainnya sehingga diharapkan udara yang
dihasilkan lebih bersih.b. Centrifugal FanMerupakan kipas/blower
sentrifugal yang berfungsi untuk mendistribusikan udara melewati
ducting menuju ruangan-ruangan.c. Koil PendinginMerupakan komponen
yang berfungsi untuk menurunkan temperatur udara.Beberapa kelemahan
dari sistem ini adalah jika satu komponen mengalami kerusakan dan
sistem AC central tidak bekerja maka semua ruangan tidak akan
merasakan udara sejuk. Selain itu jika temperatur udara terlalu
rendah atau dingin maka pengaturannya harus pada termostat di koil
pendingin pada komponen AHU.
Gambar 2.23 Air Handling UnitSumber : Anonymous 4 : 2013
3.Cooling TowerFungsi utamanya sebagai alat untuk mendinginkan
air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan
udara secara konveksi paksa menggunakan fan / kipas. Konstruksi
cooling water terdiri dari sistem pemipaan dengan banyak nozzle,
fan / blower. Bak penampung, casing.Proses yang terjadi pada
chiller atau unit pendingin untuk sistem AC central dengan sistem
kompresi uap terdiri dari proses kompresi, kondensasi, ekspansi,
dan evaporasi. Proses ini terjadi dalam satu siklus tertutup yang
menggunakan fluida kerja berupa refrigerant yang mengalir dalam
sistem pemipaan yang terhubung dari satu komponen ke komponen
lainnya. Kondensor pada chiller biasanya berbentuk water-cooled
condenser yang menggunakan air untuk proses pendinginan
refrigerant. Secara umum bentuk konstruksinya berupa shell &
tube dimana air memasuki shell/tabung dan uap refrigerant superheat
mengalir dalam pipa yang berada di dalam tabung sehingga terjadi
proses pertukaran kalor. Uap refrigerant superheat berubah fase
menjadi cair yang memiliki tekanan tinggi mengalir menuju alat
ekspansi, sementara air yang keluar memiliki temperatur yang lebih
tinggi karena air ini akan digunakan lagi untuk proses pendinginan
kondensor maka tentu saja temperaturnya harus diturunkan kembali
atau didinginkan pada cooling tower.Langkah pertama adalah memompa
air panas tersebut menuju cooling water/cooling tower melalui
sistem pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak nozzle untuk
tahap spraying atau semburan. Air panas yang keluar dari nozzle
secara langsung sementara itu udara atmosfer dialirkan melalui atau
berlawanan dengan arah jatuhnya air panas karena pengaruh
fan/blower yang terpasang pada cooling tower. Untuk menguapkan 1 kg
air diperlukan kira-kira 600 kcl dengan mengeluarkan kalor laten
dengan mengungkapkan sebagian dari air maka sebagian besar air
pendingin dapat didinginkan, misalnya 1% dari air dapat diuapkan,
air dapat diturunkan temperaturnya sebanyak 6C dengan menara
pendingin.Sistem ini sangat efektif dalam proses pendinginan air
karena suhu kondensasina sangat rendah mendekati suhu wet bulb
udara. Air yang sudah mengalami penurunan temperatur ditampung
dalam bak untuk kemudian dipompa kembali menuju kondensor yang
berada di dalam chiller. Pada cooling tower juga dipasang katup
yang dihubungkan ke sumber air terdekat untuk menambah kapasitas
air pendingin jika terjadi kehilangan air ketika proses evaporasi
cooling tersebut.Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan
dalam range dan approach dimana range adalah penurunan suhu air
yang melewati cooling tower dan approach adalah selisih antara suhu
udara wet-bulb dan suhu air yang keluar. Perpindahan kalor yang
terjadi pada cooling tower berlangsung dari air ke udara tak jenuh.
Ada 2 penyebab terjadinya perpindahan kalor yaitu perbedaan suhu
dan perbedaan tekanan parsial antara air dan udara. Suhu
pengembunan yang rendah pada cooling tower membuat sistem ini lebih
hemat energi jika digunakan untuk sistem refrigerasi pada skala
besar seperti chiller. Salah satu kekurangannya adalah bahwa sistem
ini tidak praktis karena jarak yang jauh antara chiller dan cooling
tower sehingga memerlukan sistem pemipaan yang relatif panjang.
Selain itu juga biaya perawatan cooling tower cukup tinggi
dibandingkan sistem lainnya.
Gambar 2.24 Cooling TowerSumber : Anonymous 5 : 2013
4.Pompa Sirkulasi Berfungsi untuk menaikkan tekanan dan
menyirkulasi udara/fluida ke tempat lain dalam sistem
pemipaan.5.Ducting/saluranMerupakan media penghubung antara AHU
dengan ruangan yang dikondisikan udaranya, fungsi utama ducting
adalah meneruskan udara yang didinginkan oleh AHU untuk kemudian
didistribusikan ke masing-masing ruangan.Kelebihan dan kekurangan
sistem AC central Kelebihan-Kebisingan dan getaran mesin pendingin
hampir tidak mempengaruhi ruangan-Perbaikan dan pemeliharaan lebih
mudah-Seluruh beban pendingin semua ruangan dalam bangunan dapat
dilayani oleh suatu sistem (unit) saja-Kelembapan udara dapat
diatur
-Kekurangan-Harga pembuatan awal dangat mahal-Biaya operasional
mahal-Unit central tidak dapat dipakai untuk rumah sakit, karena
dapat menyebarkan kuman/bakteri pasien dari suatu ruangan ke
ruangan lain-Jika salah satu komponen mengalami kerusakan dan
sistem ac central tidak dapa beroperasi-Jika temperatur udara
terlalu rendah atau dingin maka pengaturannya harus pada termostat
di koil pendingin pada komponen AHU
1.2.7 Beban Pendinginan1.Internala. Produk (orang)Beban
pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah kalor yang dilepas
dari produk (orang) yang berada di dalam ruangan pendinginan itu.
Beban ini tergantung dan sebanding dengan banyaknya orang (n),
kalor yang dilepas (q) dan faktor beban (CL).b. PeralatanBeban
pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah kalor yang dilepas
dari peralatan-peralatan yang berada di dalam ruangan pendinginan
tersebut. Beban ini tergantung dan sebanding dengan besarnya power
atau daya (P), faktor bullast (CB) dan faktor beban (CL).
qx = P.Bf.CLfdimana :qx: beban pendinginan peralatan (J/s)P:
power peralatanBf: faktor bullast (lampu Fo 1,25 ; lampu pijar =
30)CLf: faktor beban pendinginan2.Eksternala. VentilasiBeban
pendinginan yang diakibatkan adanya pertukaran udara dengan luar
ruangan tetapi terkendali untuk memenuhi kebutuhan akan udara yang
dibutuhkan oleh tiap produk (orang). Beban ini tergantung dan
sebanding dengan jumlah orang (n), kebutuhan udara tiap orang (Vr),
besar perbedaan enthalpy udara luar dengan dalam serta densitas ()
.
qb = n.mv.h.CLfdimana :qb: beban pendinginan ventilasi (J/s)mv:
kebutuhan udara tiap detik (kg/s)h: kandungan kalor (beda enthalpy
luar & dalam) Kj/kgb. InfiltrasiBeban pendinginan yang
diakibatkan adanya pertukaran udara pendinginan denganudara luar
tanpa terkendali. Beban ini tergantung dan sebanding dengan bukaan
tiap jalan (x), volume ruangan (Vr), besar perbadaan enthalpy udara
luar dengan dalam, serta densitas ().
qA = v.h.CLfdimana :qA: beban pendinginan infiltrasi (J/s)v:
laju infiltrasiCLf: faktor beban pendinginanc. RadiasiBeban
pendinginan yang disebabkan adanya kalor yang berasal dari luar
ruangan berupa radiasi sinar matahari (beban panas matahari yang
melalui permukaan tembus cahaya).d. Perpindahan panasBeban
pendinginan yang disebabkan adanya kalor yang diserap oleh dinding
(tak tembus cahaya) yang kemudian terkonduksi ke dalam ruangan.Q =
u.A.T (Kj/det)dimana :u: koefisien perpindahan panas total
(KJ/det.m2.K)A: luas panas (m2)T: beda suhu terhadap lingkungan
(K)
2.2.8 RefrigerantRefrigerant adalah zat yang pada tekanan 1 atm
mempunyai titik didih sangat rendah sampai -157 oC. refrigerant
bertindak sebagai media penghantar kalor pada proses pemindahan
kalor dari produk yang diinginkan ke media pendingin. Refrigerant
mengalir dalam refrigerator dan bersirkulasi melalui komponen
fungsional untuk menghasilkan efek mendinginkan dengan cara
menyerap panas melalui ekspansi dan evaporasi.
2.2.8.1 Macam macam Refrigerant1. Berdasarkan penggunaan
refrigerant dibagi menjadi 2 yaitu :a. Refrigerant
PrimerRefrigerant yang digunakan pada sistem kompresi uap (R-22,
R-134).b. Refrigerant SekunderCairan-cairan yang digunakan untuk
membawa energi kalor bersuhu rendah dari suatu lokasi ke lokasi
lain.2. Berdasarkan komponen penyusuna. Senyawa HolocarbonMempunyai
satu atau lebih atom dari salah satu halogen (klorin, flourin,
bromin)Tabel 2.1 Penamaan refrigerantNomor RefrigerantNama
KimiaRumus Kimia
11Trikloro monofluoro metanacc | 3 F
12Dikloro difluoro metanacc | 2 F2
13Trikloro triploro metanacc | 2Fcc | F2
Persamaan :Nomor pertama dari kanan : Jumlah atom florida pada
senyawa (F)Nomor kedua dari kanan : Jumlah atom H dikurangi satu
dari jumlah atom hydrogenNomor ketiga dari kanan : Jumlah atom C
ditambah 1 dari jumlah atom hydrogen dari senyawab.
AnorganikMerupakan refrigerant terdahulu yang masih digunakan pada
saat ini, contoh : amonia (NH3), air (H2O), udara, CO2, SO2.c.
HidrocarbonBanyak senyawa hidrocarbon yang digunakan sebagai
refrigerant, khususnya untuk dipakai pada industri perminyakan dan
petrokimia. Diantaranya adalah metana (CH4), propana (C3H8) dan
etana (C2H6).d. AzeotropSuatu senyawa azeotrop dua substansi adalah
campuran yang dapat dipisahkan komponen-komponennya secara
destilasi. Azeotrop menguap dan mengembun sehingga suatu substansi
tunggal yang sifat-sifatnya berbeda dengan unsur pembentuknya.
Misal : refrigerant SO2 yang merupakan campuran 48,8% R-22 dengan
51,2% R-115.2.2.8.2 Syarat syarat RefrigerantAgar diperoleh sistem
refrigerasi yang memiliki peforma maksimum maka pemilihan
refrigerant harus benar-benar diperhatikan. Adaoun syarat-syaratnya
antara lain1. Tekanan penguapan harus tinggiSebaiknya refrigerant
memiliki temperatur penguapan pada tekanan yang lebih tinggi,
sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada
evaporator dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya
perbandingan kompresi.2. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau
tinggiApabila tekanan pengembunannya rendah, maka perbandingan
kompresinya menjadi lebih rendah sehingga penurunan prestasi
kompresor dapat dihindari. Mesin dapat bekerja lebih aman.3. Kalor
laten penguapan harus tinggiKarena menguntungkan untuk kapasitas
refrigerasi yang sama jumlah refrigerant bersirkulasi menjadi lebih
kecil.4. Volume spesifik (terutama dalam fase gas)Memungkinkan
penguapan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil.5.
Koefisien prestasi harus tinggi.6. Konduktivitas termal yang
tinggi.7. Viskositas yang rendah dalam fase cair maupun gas8.
Refrigerant harus stabil dan tidak bereaksi pada material9. Tidak
boleh mudah terbakar10. Harga tidak mahal11. Mudah diperoleh12.
Tidak berbau13. Ramah lingkungan14. Tidak boleh beracun
2.2.9 Kelebihan dan Kekurangan Refrigerant Hydrocarbon dan
Holocarbona. Refrigerant Holocarbon- Kelebihan1. Kemudahan mengalir
yang tinggi keadaan cair2. Tidak menyebabkan ledakan3. Tidak
membawa aliran listrik4. Tekanan kondensasi dan suhu keluar yang
tinggi dalam mesin refrigerant- Kekurangan1. Dapat menyebabkan
kerusakan lapisan ozon dan pemanasan global2. Jenis refrigerasi
yang kurang aman untuk digunakan dalam proses refrigerantb.
Refrigerant hydrocarbon- Kelebihan1. Ramah lingkungan yang
ditunjukkan dengan nilai ozon depleting potensial2. Properti
termofisika dan karakteristik perpindahan yang baik3. Kerapatan
fase uap yang rendah4. Kelarutan yang baik5. Dapat menurunkan
konsumsi tenaga listrik 15 25%- Kekurangan1. Sifatnya mudah
terbakar
2.2.10 Istilah - istilah Mesin Pendingin1. Panas LatenAdalah
jumlah panas yang diambil atau diberikan kepada suatu zat dimana
akan menyebabkan terjadinya perubahan fase/wujud dari zat yang
bersangkutan tanpa mengalami perubahan temperatur.2. Panas
SensibleAdalah jumlah panas yang diambil atau diberikan kepada
suatu zat dimana akan menyebabkan terjadinya perubahan temperatur
tanpa mengalami perubahan fase/wujud dari zat yang bersangkutan.3.
Panas SpesifikAdalah jumlah panas/kalor yang diperlukan setiap
kilogram massa zat untuk menaikkan temperaturnya sebesar satu
derajat Celcius.4. Wet Bulb TemperaturAdalah temperatur udara yang
tidak memperhitungkan pengaruh radiasi, konduksi, dan konveksi. 5.
Dry Bulb TemperaturAdalah temperatur udara yang
memperhitungkan.pengaruh radiasi, konduksi, dan konveksi .6. Dew
point TemperaturAdalah temperatur pada saat udara menjadi jenuh,
artinya udara mulai berubah menjadi kondensat (mengembun) setelah
mengalami proses pendinginan pada tekanan konstan dan kelembaban
absolut yang konstan.7. Kelembaban AbsolutAdalah perbandingan
antara massa uap air dengan massa udara kering dalam suatu volume
campuran.8. Kelembaban RelatifAdalah perbandingan antara tekanan
parsial uap air dalam suatu campuran tehadap tekanan jenuhnya pada
temperatur yang sama. 9. Refrigerant effectYaitu kemampuan suatu
refrigerant (zat pendingin) untuk menyerap panas/kalor agar berubah
fase/wujudnya berubah dari cair menjadi uap.
10. EnthalpyAdalah jumlah kalor yang dikandung oleh setiap
kilogram zat pada tekanan dan temperatur tertentu ditambah dengan
kerja yang bekerja pada zat tersebut yang merupakan perkalian
antara tekanan yang bekerja pada zat tersebut dengan volume
spesifiknya. 11. Coeficient of Performance (COP)Adalah perbandingan
antara panas yang diserap oleh refrigerant (zat pandingan) dengan
kerja kompresor. 12. Beban PendinginanYaitu kalor yang diambil tiap
detik dari produk yang diinginkan (kJ/detik). Manfaatnya untuk
meramalkan kalor yang mampu diserap tiap detik oleh instalasi mesin
pendingin.13. Kapasitas PendinginanAdalah jumlah kalor yang diserap
oleh refrigerant dari benda atau fluida yang hendak didinginkan.
14. Tor refrigerantLaju aliran kapasitas refrigerant digunakan
untuk menyerap panas yang ada di dalam sistem tiap satuan waktu.
Jadi tor refrigerant merupakan satuan daya dalam British
(Btu/jam).
2.2.11 Rumus - rumus yang Digunakan1. Kapasitas
PendinginanKapasitas pendinginan adalah panas yang diserap oleh
refrigerant (zat pendingin) dari fluida.Qr = mr ( h1-h2 )Dimana :mr
= massa refrigerant yang mengalir persatuan waktu [kJ/kg]h1 =
enthalpy refrigerant keluar evaporator [kJ/kg]h2 = enthalpy
refrigerant masuk evaporator [kJ/kg]
2. Daya Kompresor (W)Kerja dari kompresor perstuan waktu yang
masuk kedalam sistem.W = mr ( h1-h2 )Dimana :h1 = enthalpy
refrigerant masuk kompresor [kJ/kg]h2 = enthalpy refrigerant keluar
kompresor [kJ/kg]3. Kapasitas kondensor (Q1)Kapasitas kondensor
adalah banyaknya panas (kalor) yang dilepaskan oleh refrigerant
(zat pendingin).Q1 = Mr ( h3-h2 )Dimana :h2 = Enthalpy refrigerant
masuk kondensor [kJ/kg]h3 = Enthalpy refrigerant keluar kondensor
[kJ/kg]4. Performance Mesin Pendingina. Refrigerant effect ( Qe
)Jumlah panas yang diserap oleh satuan berat refrigerant.Qe =
h1-h4b. Coeficiant of Performance (COP)
Rumus rumus pengolahan data1. Kondisi pada penampang C-D pada
air flow rate
Gambar 2.25 Penampang C-DSumber : Modul Praktikum Mesin
Pendingin Mesin FT-UB
Keseimbangan Energimchc maha = - H2 + HLC-D Kekekalan massa
aliran fluida:mc = ma m0 ; m0 = massa alirudara lewat oriface pada
ujung duct
[kg/detik] Kalor sensibelPH2= mD . CP . TDengan:Z= tinggi skala
pada inclined manometer ( mmH2O )VD= volume spesifik udara pada
penampang di C-D, bisa dicari dari diagram psycometryhC= enthalpy
udara di penampang ChD= enthalpy udara di penampang DPH2= Daya
reheaterH1C-D= kerugian energi pada daerah C-DCp= panas jenis udara
antara C-D2. Kondisi penampang B C
Gambar 2.26 penamang B CSumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin
Mesin FT-UB
Kesetimbangan energi:mBhB = Qref + mconhcon + H1B-C + mchc
Kekekalan massa
B - C = Con B = C +Con
Didapat 1) Beban pendinginan evaporator Qref, sehingga dapat
dihitung.
2) Losses of energyH1B-C dalam [kJ/s]Dimana :Wcomp= daya
sebenarnya kompresor, bisa dilihat dari spesifikasi peralatan atau
voltmeter dan amperemeterh1= enthalpy refrigerant sesudah keluar
evaporatorh2= enthalpy refrigerant sebelum keluar evaporatorhcon=
enthalpy air kondensasimcon= laju alir massa air kondensasimref=
laju alir massa refrigerant h1B-C= kerugian energi pada daerah
B-ChB & hC= enthalpy udara di B dan C dicari dari diagram
psycometry
3. Kondisi Pada penampang A-B
Gambar 2.27 Penamang A BSumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin
Mesin FT-UB
Keseimbangan energi
A . hA + B . hB = Pm - s . hs + Pp + HL A-B
Kekekalan massa
B = A + S Didapat:1) Kerugian Energi (HL A-B)2) Dengan
mengabaikan losses yang dapat dihitung efisiensi ketel uap:
Dimana :PM: daya motor penggerak blower yang besarnya sebanding
dengan posisi regavolt [%] dan spesifikasi motor penggeraknyams:
laju alir massa uap yang disuplai bolierHs: enthalpy uapPp: daya
pemanas preheaterPk: daya pemanas boliermA: laju alir massa udara
luar yang dihisap blowerH 1A-B : kerugian energi pada daerah
A-BUntuk COPaktual dapat dicari dengan persamaan :Dimana :Q1 = Qref
untuk COPaktual= mBhB (mChC + mconhcon)Sedangkan COPideal dapat
dicari dengan persamaan
Dimana harga h1,h2 dan h4 bisa dilihat pada diagram (P-h)
2.3Dasar Pengkodisian Udara2.3.1PsikometriPsikometri merupakan
kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap air. Psikometrik
mempunyai arti penting dalam pengkondisian udara atau penyegaran
udara karena atmosfer merupakan campuran antara udara dan uap air.
Selain untuk mengetahui sifat-sifat termodinamika udara, diagram
psikometri juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi proses fisik
yang terjadi di lingkungan, antara lain.
Gambar 2.28 PsikometriSumber : Anonymous 6 : 2013
2.3.2Temperatur Bola Basah (Wet Bulb) dan Temperatur Bola Kering
(Dry Bulb)a.Temperatur bola basahSensor pada termometer dibalut
kain basah untuk menghilangkan efek radiasi panas.
b.Temperatur bola keringTemperatur dapat dibaca dengan sensor
kering dan terbuka namun tidak tetap karena pengaruh radiasi panas,
kecuali memperoleh ventilasi cukup baik.
2.3.3Dew PointTemperatur dew point adalah temperatur dimana
embun mulai terbentuk. Artinya udara mulai berubah menjadi embun
setelah mengalami proses pendinginan pada tekanan konstan.
2.3.4Absolute Humidity dan Relative HumidityApabila atmosfer
tanpa kandungan uap air, maka campuran gas dikenakan denagn udara
kering (dry air). Apabila uap air ada dalam gas tersebut dikenal
dengan udara basah (wet air). Jumlah uap air ruang kurang dari
tekanan jenuh temperatur tertentu mengandung uap air maka penguapan
akan berlangsung terus sampai tekanannya menjadi tekanan jenuh
untuk temperatur tersebut. Relative humidity digunakan untuk
menyatakan perbandingan antara tekanan parsial uap air suatu
campuran terhadap tekanan jenuhnya pada temperatur yang sama.
BAB IIIPELAKSANAAN PERCOBAAN
3.1Instalasi Mesin Pendingin dan Pengkondisian Udara
Gambar 3.1 Instalasi Mesin Pendingin dan Pengkondisian
UdaraSumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Teknik Mesin
FT-UB
3.2Spesifikasi PeralatanType: A - 573 / 41154 Vapour Compression
Refrigeration UnitsProduk: udara lewat air flow duct dengan
parameter bervariasiRefrigerant: Freon R - 22 : laju alir massa
(gr/s) temperatur 85CKompresor: PANASONIC 2K 225 225 BUA1120 watt ;
220 volt ; 50Hz
3.3Pelaksanaan Percobaan Air Conditioning1.Persiapan
percobaanInstalasi telah disiapkan untuk melaksanakan percobaan dan
pengambilan data.2.Menyalakan instalasia.Saklar induk dipasang pada
posisi (I) dengan regavolt pada 0%b.Regavolt diatur agar ada aliran
udara melalui evaporator, dengan tujuan membebani evaporator.
Posisi regavolt diatur sesuai variasi data untuk masing-masing
kelompok.c.Kompresor dijalankan sehingga terjadi sirkulasi
refrigerant, instalasi dibiarkan beroperasi sampai terbentuk air
kondensasi pada evaporator, ditampung dengan gelas ukur dan
thermometer.d.Atur pembebanan air flow duct dengan menggunakan
saklar dari semua komponen pelengkap (bolier, reheater, preheater,
dan regavolt) posisinya disesuaikan dengan kombinasi dan variasi
data yang ditentukan untuk setiap kelompok.3.Menghentikan operasi
instalasia.semua saklar dari komponen pelengkap dimatikanb.matikan
kompresorc.regavolt diturunkan posisinya secara steady hingga
0%d.matikan saklar induke.cabut steaker dari power supply
BAB IVPENGOLAHAN DATA
4.1 PerhitunganDari perhitungan didapatkan data sebagai berikut:
Tekanan refrigerant keluar evaporatorP1 = 550 kN/m2 Tekanan
refrigerant keluar kondensorP3= 1850 kN/m2 Inclined manometerPd=
0,98 mmH2O Temperatur refrigerant keluar evaporatorT1= 29 C
Temperatur refrigerant keluar kondensorT3= 47,3 C Temperatur
refrigerant masuk evaporatorT4= 10 C Temperatur kondensasiTcon=
25,67 C Temperatur bola basah udaraTWA= 30 C = 86FTWB= 47,3 C =
117,14FTWC= 27,3 C = 81,14FTWD= 36,3 C = 97,34F Temperatur ruangan
bola basahTWb= 26 C Temperatur bola kering udaraTDA= 33 C =
91,4FTDB= 52,6C = 126,68FTDC= 34,6 C = 94,28FTDD= 39,3C = 102,74F
Temperatur ruangan bola keringTdb= 29 C Debit air masuk bolierQ1=
1826,6 ml /10 mnt Debit air kondensasiQ2= 206,66 ml /10 mnt
Kelembaban relatif = 75 % RegavoltRv= 35 % Daya preheaterH1= 1 kW
Daya reheaterH2= 0,5 kW Daya bolierB= 3 kW Tekanan udara
atmosferPo= 731,5 mmHg
Perhitungan-perhitungan sebagai berikut:1.Tekanan udara atmosfer
( Po )Po = 731,5 mmHg= 731,5 x 101,325 760= 97,53 kN/m22.Tekanan
Freon keluar evaporator (P1=P2) P1 atm = P1 gauge + Po = 550
kN/m2+97,53 kN/m2 = 647,53 kN/m23.Tekanan Freon keluar kondensorP3
= P3 + Po = 1850 kN/m2 + 97,53 kN/m2 = 1947,53 kN/m24.Temperatur
Freon keluar evaporatorT1 = 29 C + 273 = 302 K5.Temperatur freon
keluar kondensorT3 = 47,3 C + 273 = 320,3 K6.Temperatur Freon masuk
evaporatorT4 = 10 C + 273 = 283 K7.Temperatur air kondensasiTcon =
25,67 C + 273 = 298,67 K8.Kondisi udara pada air duct berdasarkan
temperatur bola kering dan temperatur bola basah berdasarkan
diagram Psychrometer:hA = 51 btu/lbm =118,626 kJ/kghB = 96 btu/lbm
= 223,296 kJ/kghC = 45 btu/lbm = 104,67 kJ/kghD = 67 btu/lbm =
155,842 kJ/kg
9.Volume spesesifik udara pada penampang di C-D (Vd) VD = 0,878
m3/kg10.Antara penampang C-D
Gambar 4.1 : Penampang C-D Air Flow DuctSumber : Buku Petunjuk
Praktikum Pengujian Mesin Pendinginan
Kesetimbangan energi antara C-D :
( .hc ) (.hD ) = - PH2 + H1 C-D Kekekalanlan Massa Aliran
Fluida
= = , dimana = laju aliran massa Udara lewat Oriface pada ujung
duct
= 0,0504 = 0,053 kg/s Dengan mengabaikan losses pada jenis Cp
adalah :
Cp = Cp = Cp = 2,007 (kj/kg.oC)
Kalor yang hilang antara C-D :
H1 C-D = PH2 + ( .hc ) (.hD ) H1 C-D = 0,5+ (0,053.104,67)
(0,053.155,842)H1 C-D = -2,212 (kj/s)
11.Antara penampang B-C
Gambar 4.2 : Penampang B-CSumber : Buku Petunjuk Praktikum
Pengujian Mesin Pendinginan
Enthalpy pada masing-masing titikDari grafik thermodinamic
properties of refrigerant 22 dan berdasarkan harga satuan tekanan
dan temperatur didapatkan :h1 = 270 kJ/kgh2 = 305 kJ/kgh3 = h4 = 93
kJ/kg
Laju aliran massa air kondensasi
dimana Q2 = debit air kondensasi = . = 3,44. (kg/s)
Beban pendinginan evaporator Qref :- Pcomp = m (h2 h1); =
80%
= m (305 270)m= 0,0235 Kg /detik
Kekekalan Massa
= +
= 0,053 kg/s + 3,44.10-4 kg/s
= 0,053 (kg/s)
Enthalpy air kondensasi hCON pada TCON menurut dengan melihat
table A-1 air.TCON = 25,67OC didapatkan hCON = 107,57 Kj/KgT
h24100,5925,67x26108,95==2,7588 = 217,9 2xX= 107,57
Q1 = Qref untuk COP aktual = B . hB (C . hC + Con . hCon) =
0,053 . 223,296 (0,053 . 104,67 + 3,44.10-4 . 107,57)= 6,25 kW
Kesetimbangan energi
( .hB ) (.hC ) = Qref + . hCON + H1 B-C(0,053.223,296)
(0,053.104,67) = 6,25 + (3,44.10-4.107,57) + H1 B-CH1 B-C = 0,003
Kj/s12.Antara penampang A-B
Gambar 4.3 : Penampang A-B Air Flow DuctSumber : Buku petunjuk
praktikum pengujian mesin pendinginan
Kesetimbangan energi:
( .hA ) (.hB ) = PM - (.hS ) PA + H1 A-B
Kekekalan massa
= +
= Q1.dimana Q1 = debit air pengisi bolier = massa jenis air
= .
= 3,44. (kg/s)
= +
0,053 kg/s = + 0,000343 kg/s
= 0,053 (kg/s) Daya motor penggerak blower PM = V . I . Rv = 220
V. 5,5 A. 35% = 423,5 watt = 0,4235 kW Dari tabel A-1 Air :
Sifat-sifat cairan dan uap jenuh, Refrigerasi dan pengkondisian
udara.PO = 97,53 kPa dapat diperoleh hs ; P
hs82,71386,28297,53x104,95388,609==17,26634= 8642,66416 22,24xX=
387,833
Energi yang hilang Hl-A-B
H1 A-B = ( .hA ) (.hB) + (.hS ) PM+ PPH1 A-B = (0,053.118,626)
(0,053.223.296) + (3,44.. 387,833) - 0,4235 + 1= -4,84 kJ/s
Efisiensi bolier :
= 3,44.. x 387.833x 100 % 3= 4,447%
COP aktualCOP aktual = COP aktual = COP aktual = 6,975
COP idealCOP ideal =COP ideal = COP ideal = 5
4.2. PembahasanA. Pembakaran pada tiap tiap segmen penampang
Pada penampang C-DAliran fluida bermassa 0,053 kg/s kemudian
mengalami pemanasan kembali oleh reheater berdaya 0,5 kW setelah
itu fluida bermassa 0,053 kg/s tersebut keluar dari mesin pendingin
melewati saluran penyempitan yaitu oriface. Selama proses
berlangsung terjadi energi losses sebesar (-2,212) kj/s. Hal ini
terjadi kemungkinan karena beberapa hal antara lain :1. Kerugian
karena tahanan gesek antara fluida dengan dinding saluran.2.
Kerugian karena tahanan aliran lokal yaitu karena adanya
penyempitan saluran.3. Tingkat ketelitian dan kesalahan dalam
pembacaan alat ukur dan diagram juga berpengaruh terhadap
perhitungan losses yang terjadi.
Pada penampang B-CAliran fluida bermassa 0,053 kg/s kemudian
didinginkan oleh evaporator yang memiliki energi 0,825 KW .Sebagian
fluida berubah menjadi air kondensasi yang bermassa 3,44. (kg/s)
dan sebagian fluida lain terus mengalir dalam bentuk gas yang
bermassa 0,053 kg/s. Selama proses berlangsung terjadi energi
losses sebesar 0,003 Kj/s, hal ini terjadi kemungkinan beberapa hal
:1.Kerugian karena tahanan gesek antara fluida udara dengan uap air
dengan dinding duct2.Sebagian massa dari udara dan uap menjadi air
kondensasi sehingga terjadi losses tinggi3.Tingkat ketelitian dan
kesalahan dalam pembacaan alat ukur
Pada penampang A-BMotor penggerak blower berdaya 0,4235 kW
menghisap fluida bemassa 0,053 (kg/s) ke dalam mesin pendingin
hingga menumbuk uap bermassa 3,44. yang dihasilkan oleh bolier
berdaya 0,98 KW. Kemudian fluida campuran tersebut mengalir dan
dipanasi oleh preheater berdaya 1 KW. Selama proses berlangsung,
terjadi losses energi sebesar -4,84 kJ/s. Kemungkinan terjadinya
losses dikarenakan beberapa hal yaitu :1. Kerugian karena tahanan
gesek antara fluida dengan dinding-dinding saluran.2. Kerugian
antara fluida udara dengan uap saat memasuki blower yang
menghasilkan gesekan antara fluida tersebut3. kalor panas yang
kurang sempurna sehingga terjadi perpindahan panas dari dalam atau
keluar sistem4. Tingkat ketelitian dan kesalahan dalam pembacaan
alat ukur
B. Secara keseluruhanDari hasil perhitungan diperoleh perbedaan
COP pada mesin pendingin kompresi uap secara mekanik sebesar : COP
aktual = 6,976 dan COP ideal = 5. Hal ini disebabkan karena pada
siklus mesin pendingin kompresi uap ideal dianggap tidak mengalami
perubahan tekanan pada kondensor dan evaporator (isobarik)
sedangkan pada siklus mesin pendingin kompresi uap aktual terjadi
pressure drop pada kondensor maupun evaporator, dimana kompresor
harus mengkompresi uap refrigerant dari tekanan hisap yang rendah,
menyebabkan daya kompresor yang dibutuhkan meningkat. Selain itu
mesin pendingin kompresi uap aktual terjadi : Superheating pada
evaporator karena penguapan yang berlebihan, hal ini disebabkan
oleh beban pendinginan yang berlebihan sehingga penguapan melewati
garis saturated vapour. Subcolling dari cairan refrigerant saat
meninggalkan kondensor akibat beban pendinginan yang terlalu besar,
sehingga refrigerant melewati garis saturated liquid untuk
melepaskan kalor dari kondensor. Berdasarkan peredaan hasil
perhitungan COP, disebabkan oleh beberapa hal :-RegavoltSemakin
besar regavolt maka kapasitas aliran udara meningkat, sehingga
meningkatkan kapasitas pendinginan pada evaporator, mengakibatkan
COP menurun.-PreheaterPreheater akan memanaskan udara yang mengalir
sebelum masuk ke evaporator, pada preheater udara yang ditiupkan
akan menambah kapasitas pendinginan mengakibatkan kalor yang
dibutuhkan untuk mendinginkan udara sekitarnya lebih
besar.-ReheaterReheater akan memanaskan udara yang mengalir setelah
keluar dari evaporator, hal ini disebabkan temperatur udara menurun
setelah melewati evaporator karena terjadi perpindahan panas dari
udara ke refrigerant pada evaporator. Oleh karena itu, udara yang
mengalir dari evaporator perlu pemanasan ulang pada reheater untuk
mengatur kelembaban udara yang sesuai.-EvaporatorDi dalam
evaporator terjadi perpindahan panas dari udara ke refrigerat,
sehiingga temperatur udara setelah lewat evaporator lebih rendah
dibanding sebelum masuk evaporator ada yang berubah fasa menjadi
air kondensasi karena menurunnya temperatur. Massa aliran udara
sebelum masuk evaporator sama dengan jumah massa aliran udara di
setelah evaporator dan massa aliran air kondensat.
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KesimpulanDari percobaan yang telah dilakukan pada instalasi
mesin pendingin maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut.1).
Enthalpy setiap titik pada T S mesin pendingin berdasarkan data
pengujianh1 = 118,626 Kj/Kgh2 = 223,296 Kj/Kgh3 = 104,67 Kj/Kgh4 =
155,842 Kj/Kg2). Kapasitas pendinginan (refrigerant capacity)Qref =
6,25 KW3). Debit udara antar penampang air flow duct - debit udara
antar penampang C D pada air flow duct mC = mD = 0,053 Kg/s- debit
udara antar penampang B C pada air flow ductmB = 0,053 Kg/s- debit
udara antar penampang A B pada air flow duct mA = 0,053 Kg/s4).
Energi hilang pada setiap potongan duct - energi hilang pada
potongan C D = -2,212 Kj/s- energi hilang pada potongan B C = 0,003
Kj/s- energi hilang pada potongan A B = -4,48 Kj/s5). COP ideal dan
COP aktual dari seluruh instalasi mesin pendingin COP ideal = 5;
COP aktual = 6,9756). Efisiensi bolier sebagai komponen pelengkap
instalasi P.A HILTON bolier = 4,447 %
5.2 Saran1). Dalam pengambilan data dan pembacaan pada diagram /
tabel hendaknya dilakukan dengan teliti oleh praktikan.2). Asisten
yang bersangkutan seharusnya menjadi pembibing kelompok yang
dibimbing ketika pelaksanaan praktikum.3). Pada saat praktikum
seharusnya mesin yang digunakan praktikum harus dengan kondisi
maksimal agar tidak terjadi masalah dengan mesin saaat
praktikum.
Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganjil 2013/2014