MODUL PRAKTIKUM PENGKONDISIAN UDARA (Sistim Refrigerasi Kompresi Uap)
Asisten : Arie Noviyanto CP
: 08176453252
LABORATORIUM PRESTASI MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA CILEGON – BANTEN 2010
A. Pendahuluan. Siklus refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang bertekanan tinggi pada suhu tertentu cenderung menjadi lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas daripada sumber dingin diluar (contoh udara diluar) dan gas yang mengembang akan menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi. Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya. Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 1 dan 2 dan dapat dibagi menjadi tahapan-tahapan berikut: 1 – 2. Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas. 2 – 3. Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran. 3 – 4. Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. Bagian awal proses refrigerasi (3-3a) menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan (3a-3b). Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan (3b - 4), sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi.
4 - 1 Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju
Gambar 1. Gambaran skematis siklus refrigerasi kompresi uap
Gambar 2. Gambaran skematis siklus refrigerasi termasuk perubahan tekanannya (Biro Efisiensi Energi, 2004) Kondenser harus mampu membuang panas gabungan yang masuk evaporator dan kondenser. Dengan kata lain: (1 - 2) + (2 - 3) harus sama dengan (3 - 4). Melalui alat ekspansi tidak terdapat panas yang hilang maupun yang diperoleh.
Jenis-jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap Terdapat berbagai jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap. Suhu refrigerasi yang dibutuhkan sangat menentukan dalam pemilihan fluida. Refrigeran yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga
chlorinated fluorocarbons (CFCs, disebut juga Freons): R-11, R-12, R-21, R-22 dan R-502.
Pemilihan refrigeran dan suhu pendingin dan beban yang diperlukan menentukan pemilihan kompresor, juga perancangan kondenser, evaporator, dan alat pembantu lainnya. Faktor tambahan seperti kemudahan dalam perawatan, persyaratan fisik ruang dan ketersediaan utilitas untuk peralatan pembantu (air, daya, dll.) juga mempengaruhi pemilihan komponen. Sumber : http://teknik-pendingin.blogspot.com/2008/09/sistim-refrigerasi-kompresi-uap.html
B. Deskripsi Peralatan Uji. Mesin pendingin yang digunakan dalam percobaan ini adalah jenis siklus kompresi uap Rankine. Komponen – komponen utama yang terdapat dalam sistim ini adalah kompresor, akumulator, evaporator, kondensor, dan katup ekspansi.
1) Kompressor Kompressor adalah alat yang digunakan untuk menghisap uap refrigerant dan mengkompresinya sehingga tekanan uap refrigerant naik sampai ke tekanan yang diperlukan untuk pengembunan (kondensasi) uap regrigerant di dalam kondensor. Kompressor ini digerakkan oleh sumber tenaga dari mesin penggerak, seperti: Motor listrik Motor bakar
Diesel Pada kompressor, berlaku persamaan neraca energi :
Karena kompressi, fluida kerja (uap refrigerant) terkompressi menjadi naik entalpinya (H2 > H ), sehingga dapat dikatakan energi dari sumber digunakan untuk menaikkan entalpi fluida kerja.
2) Kondensor. Kondensor merupakan alat penukar panas yang berguna untuk mendinginkan uap refrigerant dari kompressor agar dapat mengembun menjadi cairan. Pada saat pengembunan ini, refrigerant mengeluarkan sejumlah kalori (panas pengembunan) yang mana panas ini diterima oleh media pendingin di dalam kondensor.
3) Akumulator. Merupakan alat yang berguna untuk mengumpulkan cairan refrigerant yang berasal dari kondensor. Dengan adanya alat ini akan memudahkan pengaturan stock dari total refrigerant.
4) Mesin Ekspansi atau Katup Ekspansi. Mesin atau katup ekspansi ini berfungsi untuk menurunkan tekanan dari cairan refrigerant sebelum masuk ke evaporator, sehingga akan memudahkan refrigerant menguap di evaporator dan menyerap kalori (panas) dari media yang didinginkan.
5) Evaporator. Juga merupakan alat penukar panas. Refrigerant cair dengan tekanan rendah setelah proses ekspansi, diuapkan dalam alat ini. Untuk penguapan refrigerant cair ini tentunya diperlukan sejumlah kalori, yang mana diambil dari media yang akan didinginkan oleh sistem refrigerasi. Misalnya pada mesin Air
Conditioning (AC), media yang didinginkan adalah udara di dalam ruangan (kamar). Begitu pula pada kulkas, media yang didinginkan adalah ruangan dalam kulkas dan segala sesuatu yang berada dalam kulkas. Uap refrigerant yang terbentuk di evaporator langsung dihisap oleh kompressor, demikian seterusnya mengulangi langkah pertama tadi sehingga membentuk suatu siklus, yang disebut dengan siklus refrigerasi.
Keterangan : 1) Fluida kerja pendingin (refrigerant) yang digunakan adalah Musicool R-12. Musicool adalah tipe refrigerant Hidro Carbon (HC) yang ramah lingkungan karena tidak mengandung senyawa Chlor dan Flourin. Diproduksi dari indonesia oleh pertamina. 2) Kompresor yang digunakan tipe screw dengan penggerak motor listrik 3 fasa. Daya yang digunakan dapat dilihat pada Ampere meter dan voltmeter. 3) Kondensor dan evaporator adalah alat penukar kalor dengan jenis koil bersirip. 4) Setiap saluran masuk dan keluar dari komponen – komponen utama sistim pendingin diberi preasure gauge dan thermometer untuk diukur tekanan dan temperatur fluida kerja. 5) Saluran udara mempunyai penampang bujur sangkar dengan ukuran (20 x 20) cm2. Kipas udara digunakan untuk menghasilkan aliran udara pada saluran tersebut. Kecepatan aliran udara dapat diatur dengan mengubah kecepatan putar kipas (fan). Kecepatan fan dapat diatur dengan mengubah tegangan kerja fan. 6) Velometer digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara dalam saluran udara baik untuk saluran udara kondensor maupun saluran udara evaporator. 7) Tingkat keadaan udara sebelum dan sesudah melewati penukar kalor
C. Tujuan. 1) Memahami siklus kerja sistem pendingin udara (AC). 2) Menentukan karakteristik dari system mesin pendingin yang bekerja dengan siklus kompresi uap. 3) Menentukan COP sistem pendingin dari tiap-tiap percobaan. D. Parameter – parameter pengujian Dalam pengujian ini terdapat beberapa parameter atau besaran yang perlu ditentukan baik dengan cara mengukur langsung maupun dengan perhitungan berdasarkan parameter yang telah diukur sebelumnya. Besaran yang terdapat dalam pengujian ini adalah : 1) Temperatur bola basah dan bola kering sebelum dan sesudah melewati evaporator dan kondensor. 2) Laju aliran massa udara yaitu : Saluran udara kondensor, mud kondensor (kg/s) Saluran udara evaporator, mud evaporator (kg/s) 3) Efek pemanasan bila siklus bekerja sebagai pompa kalor, Qkondensor (KW) 4) Efek pendinginan jika siklus bekerja sebagai mesin pendingin, Qevaporator (KW atau TR) 5) Laju aliran massa refrijeran, mref (kg/s) 6) COP (Coefficient Of Performance) dari mesin pendingin 7) PF (Performance Faktor) dari mesin pompa kalor 8) Laju aliran kalor yang diserap oleh udara pada saluran udara kondensor, Qud kondensor (KW) 9) Laju aliran kalor yang diberikan oleh udara pada saluran udara evaporator, Qud evaporator (KW) 10) Faktor simpang (By pass Factor, BF) dari evaporator (%) 11) Faktor sentuh (Contac Factor, CF) dari evaporator (%) 12) Efisiensi keseluruhan dari sistem pendingin (kompresor dan motor) (%)
E. Rumus – rumus yang digunakan dalam perhitungan. 1) Besar massa jenis udara yang melewati saluran udara : ρudara = ρo Di mana : ρudara ρo Ps Ta
= Massa jenis udara pada kondisi yang bersangkutan (kg/m3) = Massa jenis udara pada kondisi standar (1atm, 20oC), dan besarnya = 1,22 Kg/m3 = Tekanan statis udara kering dalam N/m2 = Temperatur mutlak udara kering/ TDB dalam (oK)
2) Untuk mencari jumlah energi yang diberikan udara kepada evaporator : Qud evaporator = mud evaporator (h*mevaporator – h*kevaporator) Di mana : Qud evaporator Mud evaporator h*mevaporator h*kevaporator
= Jum;ah energi yang diberikan udara di evaporator = Laju aliran massa udara di saluran udara evaporator = Entalpi udara kering masuk saluran udara evaporator = Entalpi udara kering keluar saluran udara evaporator
3) Untuk mencari laju aliran massa udara dalam saluran kondensor/evaporator : Mudara = ρudara VrA Di mana : Mudara Vr A ρudara
= Laju aliran udara = kecepatan rata-rata udara dalam saluran udara = Luas penampang saluran = Massa jenis udara
4) Untuk mencari laju aliran massa fluida kerja pendingin dari balans dan energi di evaporator : mref = di mana : mref Qud evaporator h4 h1
= Laju aliran massa = Jumlah energy yang diberikan udara di kondensor = Entalpi refrijeran masuk Evaporator = Entalpi refrijeran keluar evaporator / masuk kompresor.
5) untuk mencari jumlah energi yang diserap refrijeran di evaporator : Qevaporator = mref (h1 – h4) Di mana : Qevaporator H4 H1 Mref
= Jumlah energi yang diserap di evaporator = Entalpi refrijeran masuk evaporator = Entalpi refrijeran keluar evaporator = Laju aliran massa refrijeran
6) Untuk mencari jumlah energi yang dilepas refrijeran di kondensor : Qkondensor = mref (h2 – h3) Di mana : Qkondensor h2 h3 Mref
= Jumlah energi yang diserap di kondensor = Entalpi refrijeran masuk kondensor = entalpi refrijertan keluar kondensor = Ljau aliran massa refrijeran
7) Untuk mencari COP : COP = Di mana : Qevaporator COP Wkompresor
= Jumlah kalor yang diterima refrijeran = Koefisien prestasi mesin pendingin = Kerja yang termanfaatkan di kompresor
8) Untuk mencari PF : PF = Di mana : PF Qkondensor Wkompresor
= Koefisien prestasi mesin pompa kalor = Jumlah kalor yang dilepas = Kerja yang termanfaatkan di kompresor
9) Untuk Mencari efisiensi kerja sistem kompresor (kompresor + motor listrik) : ηall = di mana : ηall Wjala-jala h1 h2
= Efisiensi sistem kompresor = Daya yang terbaca pada watt meter = Entalpi refrijeran masuk kompresor = Entalpi refrijeran keluar kompresor
10) Untuk mencari kalor yang diberikan udara pada evaporator : Qud kondensor = Mudara (h*mkondensor – h*kkondensor) Di mana : Qud evaporator Mud kondensor h*mkondensor h*kkondensor
= Jumlah energi yang diberikan udara di kondensor = Lju alian massa udara di saluran udara kondensor = Entalpi udara kering masuk saluran udara kondensor = Entalpi udara kering keluar saluran udara kondensor
F. Prosedur percobaan 1. Pemeriksaan sebelum percobaan : 1) Pastikan semua switch pada posisi OFF sebelum menghubungkan steker dengan rumah steker. 2) Beri sedikit air pada thermometer bola basah di evaporator dan kondensor. 3) Atur posisi switch pengatur tegangan pada posisi ....
2. 1) 2) 3) 4)
Cara menjalankan mesin : Hubungkan kabel dengan sumber listrik. Ubah posisi sikring yang terdapat di belakang panel ke posisi ON. Ubah switch fan kondensor dan evaporator ke posisi ON. Ubah posisi main switch ke posisi ON. 5) Ubah switch pada regulator ke posisi Adjust kemudian atur tegangan sesuai yang ditentukan oleh asisten. 6) Biarkan mesin bekerja dan biarkan selama 5 menit agar mesin dalam kondisi steady dan siap digunakan praktek.
3.
Pengamatan yang dilakukan : 1) Amati tekanan dan temperatur, untuk menentukan tingkat keadaan refrijeran pada tiap saluran. 2) Ukur kecepatan udara pada evaporator dan kondensor menggunakan alat velocity meter. 3) Amati arus dan tegangan yang bekerja pada kompresor. 4) Lakukan percobaan pada berbagai macam kecepatan fan yang berbeda. Kecepatan fan dipengaruhi oleh tegangan pada regulator.
4.
Tugas – Tugas 1) Sebutkan dan jelaskan jenis - jenis Freon yang anda ketahui. (5) 2) Jelaskan perbedaan AC Konvensional (model lama), AC Low watt dan AC Inverter (5) 3) Sebutkan dan jelaskan jenis-jenis kompresor AC yang ada di pasaran. (5) 4) Sebutkan dan jelaskan macam – macam heat exchaner yang anda ketahui. (5) 5) Dari hasil pengamatan buatlah : Pola siklus mesin pendingin. (5) Kerjakanlah perhitungan sesuai dengan rumus – rumus perhitungan yang ada (1 sampai dengan 10) kemudian buatlah grafik perbandingan menggunakan MS Excel dari tiap – tiap rumus yang ada dengan pembanding hasil percobaan pada kecepatan fan yang berbeda lainnya. (40) 6) Kesimpulan dari percobaan. (10) 7) Pendahuluan (10) 8) Etika dan kerapihan (15)
