BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dalam rangka melengkapi kurikulum yang dilaksanakan pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya, disini mahasiswa diwajibkan untuk menyelesaikan beberapa praktikum yang telah ditentukan yaitu diantaranya Praktikum Mesin Pendingin. 1.2. Batasan Masalah Praktium ini dibatasi pada penggunaan sistem pengkondisian udara dengan menggunakan refrigerant freon R-12 dengan menggunakan putaran yang mana telah diatur tingkat keadaan (temperatur dan tekanan) masing–masing input dan output masing – masing komponen dengan meruba laju aliran volumenya, kondisi ( tingkat keadaan ) dari masing – masing komponen tersebut merupakan sekumpulan data yang akan dicatat, bagaimana sistem kerja, fungsi komponen serta siklus kerja dari mesin pendingin. 1.3. Tujuan Praktikum 1. Mahasiswa dapat mengetahui siklus refrigerasui R – 12 yang aktual. 2. Mahasiswa dapat menganalisa komponen mesin pendingin secara termodinamika. - 1 -
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam rangka melengkapi kurikulum yang dilaksanakan pada
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas 17 Agustus 1945
Surabaya, disini mahasiswa diwajibkan untuk menyelesaikan beberapa
praktikum yang telah ditentukan yaitu diantaranya Praktikum Mesin
Pendingin.
1.2. Batasan Masalah
Praktium ini dibatasi pada penggunaan sistem pengkondisian
udara dengan menggunakan refrigerant freon R-12 dengan menggunakan
putaran yang mana telah diatur tingkat keadaan (temperatur dan tekanan)
masing–masing input dan output masing – masing komponen dengan
meruba laju aliran volumenya, kondisi ( tingkat keadaan ) dari masing –
masing komponen tersebut merupakan sekumpulan data yang akan dicatat,
bagaimana sistem kerja, fungsi komponen serta siklus kerja dari mesin
pendingin.
1.3. Tujuan Praktikum
1. Mahasiswa dapat mengetahui siklus refrigerasui R – 12 yang aktual.
2. Mahasiswa dapat menganalisa komponen mesin pendingin secara
termodinamika.
3. Mahasiswa dapat menghitung kapasitas pendingin.
4. Mahasiswa dapat menghitung C.O.P berdasarkan siklus refregerasi.
1.4. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan praktikum ini berdasarkan pada
buku Panduan praktikum, data hasil praktikum serta study literatur.
- 1 -
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Pengertian alat pengkondisian udara
Alat pengkondisian udara merupakan seperangkat alat atau mesin
yang digunakan untuk mengkondisikan udara,dimana udara dikondisikan
pada temperatur dan kelembaban tertentu,sehingga dapat dihasilkan udara
yang bersih, segar dan nyaman.
Untuk mencapai tujuan tersebut, alat pengkondisian udara dapat
berfungsi sebagai berikut :
1.Mengatur temperatur udara
2. Mengatur sirkulasi udara
3. Mengatur kelembaban udara
2.2. Prinsip kerja mesin pengkondisian
Pada saat saklar di – ON kan, maka motor penggerak kompresor
berputar mengarakkan kompresor. Dengan demikian kompresor berputar
dan refrigerant akan dikompresikan, sehingga suhu dan tekanan naik,
refrigerant tersebut mengalir melalui pipa (Fan), karena R12 ini mempunyai
sifat apabila didinginkan akan mencair dan apabila dipanaskan akan
menguap, maka refrigerant ini mencair. Pada kondisi tekanan dalam
kondisi tetap masih tinggi ini dapat dilihat pada grafik sistem refrigerant
kompresi uap. Untuk menghindari adanya campuran uap dan cairan yang
akan masuk ke katup ekspansi maka digunakan receiver sebagai
penyimpan cairan yang akan masuk ke katup ekspansi, jadi yang masuk ke
katup ekspansi adalah cairan jenuh. Setelah itu cairan jenuh refrigerant
akan masuk ke dalam saringan ( filter ), agar didapatkan cairan refrigerant
yang bersih dan berbeda dari partikel–partikel yang mengganggu
perubahan fase fisik refrigerant. Dari katup ekspansi tekanan refrigerant
diturunkan sehingga menjadi penurunan temperatur. Pada evaporator
temperatur yang rendah tadi dengan menggunakan kipas dihembuskan
keluar evaporator.
- 2 -
Dari sinilah udara dingin itu didapatkan pada pipa – pipa
evaporator karena refgerant yang mempunyai temperatur yang rendah
mendapatkan udara sekitar yang dihembuskan melalui kipas, yang
temperatur udara sekitar lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur
refrigerant kembali dengan tekanan yang rendah menuju kompresor
kembali untuk dilakukan proses kompresi.
2.3. Siklus sistem refrigerasi
Siklus yang di pakai didalam mesin pengkondisian udar adalah
siklus uap standart ( Standart Vapore Comperession Cycle).seperti pada
diagram hubungan antara tekanan dan enthalpi. Enthalp merupakan proses
dengan tekanan dan meniadakan kerja yang dilakukan terhadap bahan.
Sedangkan perubahan enthalpi merupakan jumlah kalor yang ditambahkan
atau diambil persatuan massa melalui proses tekana yang konstan.
Psia
P
3 2
4 1
h Btu/lbm
Gambar 2.1. Diagram hubungan antara tekanan dan enthalpi.
3 2
Trhotel
valve 4 1
Gambar 2.2. Proses kompresi uap standard
- 3 -
Kondensor
Evaporator
Kompresor
Proses 1 – 2 (Kompresi)
Proses kompresi dari uap jenuh menjadi uap panas lanjut sacara
reversible adiabatic reversible ( isentropic ) , proses ini terjadi pada
kompresor sehingga garis entropy konstan
Proses 2 – 3 (Kondensasi)
Proses pengembunan atau pelapasan panas yang terjadi pada kondensor
dari panas lanjut menjadi jenuh cair . Cairan refrigerant yang bertekanan
dapat di salurkan pada katup ekspansi
Proses 3 – 4 (Ekspansi)
Proses Ekspansi dari cairan jenuh hingga menjadi cairan dan gas. Proses
ini terjadi didalam katup ekspansi.
Proses 4 – 1 (Evaporasi)
Proses penyerapan panas dari udara luar yang terjadi pada evaporator
digunakan oleh refrigerant untuk mengubah dari campuran cairan dan
gas menjadi uap jenuh dan tekanan konstan. Gas yang ada didalam
kompresor dikompresi mengalami hambatan terutama pada waktu
melalui katub isap dan katup buang.
◦R
T
3 2
4 1
S Btu/(lb)(◦R)
Gambar 2.3.Diagram hubungan antara temperatur dan entropi
Siklus diagram antara temperatur dan entropi diatas antara lain:
1. Pada proses 1 – 2
Kompresi adiabatic reversible dari uap jenuh menujuh tekanan
kondensor.
- 4 -
2 . Pada proses 2 – 3
Pelepasan kalor reversible pada tekanan konstan
menyebabkanpenurunan panas lanjut (desuperheating) dan
pengembunan(kondensasi).
3 . Pada proses 3 - 4
Ekspansi tidak reversible pada enthalpi konstan dari cairan jenuh
menujuh tekanan evaporator selama proses berlangsung terjadi
kenaikan entropi (proses throtle)
4. Pada proses 4 - 1
Penambahan kalor reversible pada tekanan konstan dari penguapan
menujuh uap jenuh.
2.4. Perhitungan kerja sistem refrigrasi
Untuk mengetahui karakteristik kerja sistem refrigerasi, harus
diketahui kondisi kerja sistem. Adapun karakteristik kerja sistem
tersebut, meliputi antara lain :
1. Efek Refregerasi (Re) adalah kenaikan entalpi refrigerant dalam
evaporator
Re = h 1 – h 4 ( kj / kg ).
2. Kerja kompresor adalah kerja yang diperlukan untuk
menggerakan kompresor, sehingga mengkompresikan refrigerant
sebanyak 1 kg, dimana kerja kompresor dapat dibedakan antara
lain :
(a) Kerja Kompresor Isentropis ( Teoritis ) adalah kerja yang
didapatkan secara teoritis, dimana perbedaan antara entalpi
dan masuknya refrigerant yang terjadi dalam proses.
Ws = h2s – h1 ( kj / kg )
(b) Kerja Kompresor Nyata ( W ) adalah kerja yang didapatkan
dari perbedaan enthalpi refrigerant yang masih keluar
kompresor.
W = h2 – h1 ( kj / kg )
- 5 -
3. Panas yang dibuang ( Hr ) adalah jumlah kalor yang dikeluarkan
oleh refrigerant dalam kondensor pada laju aliran refrigerant.
Hr = h2 – h3 ( kj / kg )
4. Total panas yang dibuang pada kondensor persatuan waktu.
Qc = mA. R (h2 – h3 ) ( Kw )
5. Kapasitas pendinginan adalah total panas yang diserap oleh
evaporator persatuan waktu.
∆h = h1 – h2Qe = mA.
∆h (Btu/h)
6. Efesiensi Isentropic adalah kerja yang diperlukan oleh satuan
kompresor adiabetik reversibel yang nyata akan lebih besar dari
kerja Isentropic ( Ws ).
ηs = Ws / W (%)
7. Karakteristik Evaporator
Dengan diketahui temperatur udara kering dan temperatur udara
basah pada ruang evaporator dan juga perbedaan tekanan udara
( ∆P ) mm H2O maka :
mA = 0,0830 ( PA.AP )1/2 ( kg / s )
Dimana : mA = Massa aliran udara ( kg / s )
PA = Density udara ( kg / s )
I/P = V = Spesifikasi volume adara ( m3 / kg )
8. Daya Kompresor
Wc = Aliran Fluida x Density Fluida ( h2 – h1 )
60
9. Koefisien Prestasi ( Coefificient Of Parformance)
COP = Qc
Wc
10. Daya Kompresi Isentropic
Ps = m. ( h2 – h1 ) ( Hp ) (Kj/Kg)Total Kompresor Nyata
P = m. ( h2 – h1 ) ( Hp ) (Kj/Kg)
11. Total panas yang dibuang evaporator
Qe = m. ( h1 – h4 ) (Kw)
- 6 -
12. Koefisien Prestasi Nyata
COP = Dampak Refrigerant
Kerja kompresor
13. Koefisien Prestasi Isentropic
COPs = Dampak Refrigerant
Kerja Kompresor Isentropic
Keterangan: h1 = enthalpi refrigerant masuk kompresor(Btu/lbm)
h2 = enthalpi refrigerant masuk kondensor(Btu/lbm)
h3 = enthalpi refrigerant masuk katup ekspansi(Btu/lbm)
h4 = enthalpi refrigerant masuk evaporator(Btu/lbm)
m = laju aliran massa(lb/h)
W = Kerja kompresor nyata (Btu/lb)
Ws = Kerja kompresor insetropis (Kj/Kg)
Wc = Daya kompresor (Kj/dt)
Hr = Panas yang dibuang (Kj/Kg)
Re = Efek refrigerasi (Btu/lbm)
Qe = Kapasitas pendingin/total panas yang diserap
Persatuan waktu (Btu/lbm)
Qc = Total panas yang dibuang kondensor persatuan waktu
(Kj/dt)
s s = Efisiensi insetropic (%)
COP = Koefisien prestasi nyata (Coeficient Of Parfomance)
Ps = Daya kompresi insetropic (Hp) /rpm
P = Daya kompresor nyata (Btu/h)
HRR = Ratio pelepas kalor
Ma = Massa aliran udara (Kg/s)
PA = Density udara (Kg/s)
a. Proses Kompresi
Kompresi didalam kompresi dapat dianggap adiabetik
( Isentropic ), sehingga terjadi pada garis entropi konstan. Kerja yang
dilakukan oleh kompresi adalah sama dengan kenaikkan entalpi
- 7 -
refrigerant antara seksi keluar dan seksi masuk kompresi. Kompersi
menghisap refrigerant dari ruang penampung uap. Didalam penampung
uap tekanan diusahakan tetap dalam keadaan uap dan temperatur
rendah.
Didalam kompresor, tekanan refrigerant dinaikkan sehingga
memudahkan pencairannya kembali uap refrigerant menjadi cair
sempurna didalam kondensor, kemudian dialirkan ke dalam pipa
evaporator melalui katup ekspansi.
b. Pengembunan, Kondensasi
Uap refrigerant yang bertekanan dan bertemperatur tinggi pada
akhir kompresi dapat dengan mudah dicairkan dengan mendinginkan air
pendingin atau dengan udara pendingin pada sistem yang menggunakan
pendingin udara, atau dapat dikatakan uap panas refrigerant disalurkan
pada udara dingin yang ada dalam kondensor sehingga mengembun dan
menjadi cair.
Jadi karena udara dingin menyerap panas refrigerant maka udara
menjadi pada waktu keluar dari kondensor. Selama refrigerant
mengalami perubahan fase uap menjadi fase cair, tekanan dan
temperatur yang menyebabkan pengembunan konstan. Oleh karena itu
temperatur dapat dicari dengan mengukur tekanan yang ada. Dan proses
hanya terjadi pada evaporator dan kondensor saja. Selain itu selama
proses tersebut dianggap tidak terjadi kerugian tekanan karena gesekan.
c. Pengertian bahan pendingin
Adalah suatu zat yang mudah diubah bentuknya dari gas menjadi
cairan atau sebaliknya, dapat dipaki untuk mengambil panas dari
evaporator dan membuangnya dikondensor.
Syarat – syarat bahan Pendingin :
1. Tidak beracun.
2. Tidak terbakar atau tidak meledak bila dicampur dengan udara atau
bahan lain.
- 8 -
3. Tidak menyebabkan korosi terhadap logam yang dipakai pada sistem
pendingin.
4. Bila terjadi kebocoran mudah dicari.
5. Mempunyai titik didih dan kondensasi rendah.
6. Mempunyai susunan kimia yang stabil tidak terurai setiap kali
dimampatkan, diembunkan dan diuapkan.
7. Perbedaan antara penguapan, pengembunan terjadi sekecil mungkin.
2.5 Komponen – komponen utama mesin pendingin:
2.5.1 Kompresor.
Apabila gas refrigerant dihisap masuk dan dikompresikan silinder
kompresor mesin refrigerasi, perubahan tekanan refrigerasi terjadi sesuai
dengan perubahan volume yang diakibatkan oleh jarak torak di dalam
silinder tersebut.
2.5.2 Kondensor.
Kondensor adalah alat penukar panas yang fungsinya adalah untuk
mencairkan freon. Alat ini melepaskan panas dari kompresi dan merubah gas
yang bersuhu tinggi menjadi cairan yang bertekanan tinggi. Pada keadaan
noramal bagian atas kondensor penuh dengan gas panas dan bagian bawah
campuran gas dan cairan panas yang sebagian cairan disimpan didalam
reservior dan sebagian lagi diedarkan menuju katup ekspansi.
2.5.3 Katup Ekspansi.
Katup ini fungsinya mengontrol freon ke evaporator. Pada katup
ini dikontrol oleh temperatur sensor pada outlet evaporator. Jika suhu outlet
terlalu tinggi ini berarti cukup freon yang masuk kedalam evaporator dan
pendinginan ruangan kurang baik. Jika outlet terlalu rendah ini berarti
banyak freon yang masuk dari evaporator fins mungkin penuh dengan bunga
es. Dalam hal ini temperatur sensor mengontrol pembukaan atau penutupan
katup ekspansi untuk mencapai tingkat aliran yang tetap suhu outlet
evaporator.
- 9 -
2.5.4 Evaporator.
Evaporator merupakan komponen terakhir pada siklus
pendinginan, dimana akhirnya sampai kepada udara dingin. Pada
kebanyakan evaporator refrigerant sebagai fluida didalam pipa – pipa dan
mendinginkan udara yang dihembuskan oleh fan diluar diluar pipa tersebut.
Evaporator yang di inginkan disebut evaporator ekspansi langsung.
Refrigerant cair masuk kedalam pipa yang mempunyai sirip – sirip
didalamnya untuk menaikkan hantaran pada refrigerant. Evaporator
ekspansi langsung digunakan pada pengkondisian udara biasanya disuplay
oleh katub ekspansi yang mengatur aliran cairan sedemikian sehingga uap
refrigerant meningalkan evaporator sedikit lanjut.
Kompresor
2.6. Metode percobaan
a. Mengukur Parameter.
- Mengukur debit refrigerant dengan menggunakan flow meter.
- Mengukur tekanan dan temperatur freon masuk evaporator.
- Mengukur tekanan dan temperatur freon keluar evaporator.
- Mengukur tekanan dan temperatur freon masuk kondensor.
- 10 -
Gas Buang
Kondensator
Cairan
Gas isap
Evaporator
- Mengukur tekanan dan temperatur freon keluar kondensor.
b. Menghitung.
- Analisa energi pada masing – masing komponen mesin pendingin.
- Beban pendingin beserta koefisien prestasi COP dari instalasi.
c. Pengambilan Data.
- Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 x dalam parameter yang
berbeda – beda, karena keterbatasan waktu, maka pengambilan data
hanya dilakukan satu kali.
- Data – data yang diperoleh dianggap valid jika pencatatan dilakukan
setelah kondisi betul – betul dalam keadaan steady.
2.7. Langkah – Langkah Percobaan
a. Persiapan.
Instalasi telah dipersiapkan sedemikian rupa untuk melaksanakan
percobaan dan pengambilan data.
b. Menjalankan Instalasi.
Sebelum refrigerant kebocoran udara maka terlebih dahulu praktikkan
memeriksa kesiapan mesin yang meliputi :
- Pemeriksaan refrigerant kebocoran dengan maksud pada saat
pengujian berlangsung dapat terhindar dari hal – hal yang dapat
menggagalkan pengujian.
Setelah pemeriksaan terhadap peralatan praktikum selesai, praktikan
melakukan pengoperasian mesin pengkondisian udara.
Saklar tidak langsung dipasang pada posisi ON.
Pengaturan pembebanan pada kondensor dan eveporator dengan
mengatur value.
Memperhatikan faktor induk jika gejala – gejala yang dapat merusak
Instalasi mesin harus dimatikan.
Menghentikan pengoperasian instalasi
Mematikan saklar induk.
Mencabut steker dari power suplay.
- 11 -
BAB III
ANALISA DATA
P4 T4
Fan
Expantion
Value
P1 Evaporator
T1 Filter
P2 T2 Flowmeter
Kompresor Kondensor
P3 T3
Hasil data dalam pengukuran tekanan debit fluida yang dalam pratikum ini