Sistem Pengkondisian Udara - UNSRI

BAB I. Pendahuluan

BAB I PENDAHULUAN

I.I. Latar Belakang

Seiring kemajuan teknologi yang berkembang pesat dalam kehidupan manusia. Tuntutan akan teknologi-teknologi baru memaksa para ilmuan untuk terus berinovasi menciptakan penemuan yang sejalan dengan kemajuan zaman, salah satu dari teknologi tersebut adalah alat pengkondisian udara atau AC ( air conditioner ). ).

Mengingat letak geografis Indonesia yang beriklim tropis (hangat) dan kebutuhan akan mesin pengkondisian udara untuk menyejukkan ruangan, mengawetkan

dan

menjaga

mutu

pada

jenis

makanan

tertentu,

maka

ketergantungan akan manfaat yang dihasilkan oleh mesin pengkondisian udara sangatlah besar. Dikehidupan sehari-hari, kebanyakan orang menggunakan mesin pengkondisian pengkondisian udara ini sebagai alat pendingin pendingin ruangan contohnya di mobil, rumah, gedung, perkantoran, hotel, rumah sakit, bioskop, mall dan lain sebagainya. Banyaknya mobil yang dilengkapi dengan sistem pengkondisian udara atau AC (air conditioner ) bertujuan untuk menyejukkan udara didalamnya. Dari sekian banyak mobil yang menggunakan AC, ada sebagian diantaranya yang memiliki 2 kabin yang terpisah, yaitu kabin depan (pengemudi) dan kabin belakang (barang), aplikasinya dapat dijumpai pada mobil barang pengangkut I-1

BAB I. Pendahuluan

I-2

ikan, buah-buahan dan produk-produk lain yang memerlukan pendingin udara sebagai penjaga mutu dan pengawetnya. Jadi, dibutuhkan 2 evaporator terpisah untuk memenuhi kebutuhan pengkondisian udara yang berbeda. Sistem refrigerasi yang paling sederhana memiliki komponen utama evaporator, kompresor, kondensor dan alat ekspansi. Kebanyakan dijumpai para pemilik mobil ber-AC sering memodifikasi pendingin kondensor dengan menambahkan kipas tambahan ( extra fan). Penambahan kipas tersebut bertujuan untuk mendapatkan suhu ruangan yang lebih sejuk dan dingin. Hal ini menarik untuk dikaji, apakah penambahan peralatan ( extra fan) untuk 2 (dua) evaporator pada mesin pengkondisian udara akan mempengaruhi kinerja sistem pendingin. Secara analitis muncul dugaan bahwa penambahan kipas akan mempercepat laju aliran udara yang melewati kondensor sehingga terjadi pertukaran kalor lebih cepat. Menurut Marwan Efendy pada jurnalnya bahwa penambahan aliran udara pendingin kondensor akan mempengaruhi koefisien prestasi (COP) mesin pengkondisian udara (AC), dengan penambahan laju kecepatan udara yang mengalir pada kondensor akan mempengaruhi kinerja kondensor. I.2. Perumusan Masalah

Untuk mempercepat pelepasan kalor ke lingkungan pada kondensor diperlukan kipas pendingin agar kondensor tidak mengalami over heat, sehingga kinerja kondensor dapat maksimal dan akan berpengaruh pula pada kinerja mesin pengkondisian pengkondisian udara (AC) secara keseluruhan. Berdasarkan hal tersebut,

BAB I. Pendahuluan

I-3

permasalahan yang dapat dikaji dalam penelitian ini adalah pengaruh kecepatan udara yang mengalir pada kondensor terhadap performansi mesin pengkondisian udara terutama Coefisien of Performance (COP). I.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Untuk lebih memahami dan mendalami cara kerja/fungsi dari setiap peralatan pada sistem refrigerasi. 2. Mengadakan uji coba untuk mendapatakan data teknik dari instalasi sistem refrigerasi yang dibuat. 3. Untuk mengetahui pengaruh kecepatan aliran udara pada kipas pendingin kondensor terhadap koefisien prestasi prest asi (COP), terhadap t erhadap efek refrigerasi (RE), terhadap laju aliran massa refrigeran (Mref ), ), terhadap daya kompresi (Q w), terhadap laju perubahan kalor kondensor (Q c), juga terhadap laju perubahan kalor evaporator (Qe) pada mesin pengkondisian pengkondisian udara (air conditioner ) dengan 2 evaporator dan refrigeran-134a. Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Sebagai

referensi

bagi

pembaca

dalam

hal

pengujian

sistem

pengkondisian pengkondisian udara. 2. Memberi informasi tentang pengaruh variasi kecepatan aliran udara pada kipas pendingin kondensor terhadap COP mesin pengkondisian udara dengan menggunakan 2 evaporator dan refrigeran-134a.

BAB I. Pendahuluan

I-4

1.4. Batasan Masalah

Pada penelitian ini peneliti akan membatasi masalah-masalah yang dibahas, antara lain peneliti hanya membahas pengaruh perubahan kecepatan aliran udara pada kipas pendingin kondensor pada mesin pengkondisian udara (AC) tanpa membahas pengaruh lain dari parameter-parameter dari komponen mesin pendingin. Peneliti hanya membahas pengaruh perubahan kecepatan aliran udara (550 fpm, 700 fpm dan 800 fpm) pada kipas pendingin kondensor pada mesin pengkondisian pengkondisian udara (AC) untuk mengetahui koefisien performansi (COP) pada putaran kompresor konstan, tanpa adanya pengaruh pe ngaruh beban pendingin dari luar dan menggunakan menggunakan refrigeran-134a. r efrigeran-134a. I.5. Metodologi Penelitian

Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini a dalah : a. Mempelajari studi literatur literat ur yang berhubungan dengan mesin pendingin. b. Mengumpulkan komponen-komponen peralatan yang akan digunakan untuk instalasi peralatan pe ngujian. c. Membuat alat uji yang akan digunakan dalam penelitian. d. Melakukann penelitian dan mengumpulkan data-data yang diperlukan. diperlukan. e. Melakukan perhitungan dari data-data yang didapat kemudian menganalisa dalam bentuk tabel dan grafik. f. Mengambil kesimpulan dari analisa yang didapat dari hasil penelitian.

BAB I. Pendahuluan

I-5

I.6. Sistematika penulisan

Pada penulisan ini akan dibagi menjadi beberapa bagian yang menjadi gambaran atas penulisan tugas akhir ini, yaitu : BAB I PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian penelitian dan sistematika penulisan. BAB II TINJUAN PUSTAKA Berisi tentang sejarah perkembangan mesin pengkondisisan udara, pengertian dari mesin pengkondisian udara, psikrometrik, komponen penyusun suatu mesin pengkondisian udara, cara kerja mesin pengkondisian udara (AC). BAB III METODE PENELITIAN Berisi tentang prinsip kerja instalasi, spesifikasi peralatan uji, tahap kalibrasi alat ukur, menguji kebocoran pada instalasi, pemvakuman instalasi dan pengisian refrigeran, prosedur pengambilan data. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Berisi tentang pengolahan data pengujian, analisis grafik hasil penelitian dan perhitungan. BAB V PENUTUP Berisi tentang kesimpulan dan saran dari penelit ian yang telah dilakukan.

BAB II. Tinjauan Tinjauan Pustaka Pustaka

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Proses pengkondisian udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur temperatur, kelembaban, kebersihan dan pendistribusian secara bersamaan sehingga dicapai kondisi yang diinginkan. Sistem pengkondisian udara pada umumnya dibagi dibagi menjadi 2 golongan utama :

1. Pengkondisian udara untuk kenyamanan 2. Pengkondisian Pengkondisian udara untuk industri

Sistem

pengkondisian

udara

untuk

kenyamanan

dirancang

untuk

memperoleh temperatur dan kelembaban yang sesuai sehingga dicapai kondisi yang nyaman bagi penghuninya, aplikasinya dapat dijumpai pada sistem pengkondisian pengkondisian udara di mobil, rumah, mall, perkantoran, perkantor an, rumah sakit. Sedangkan sistem pengkondisian udara untuk industri dirancang untuk memperoleh temperatur dan kelembaban yang diinginkan sesuai dengan ketentuan, biasanya difungsikan untuk menjaga mutu dan mengawetkan suatu produk, aplikasinya dapat dijumpai pada gudang penyimpanan ikan, daging, d aging, buah-buahan, buah-buahan, pabrik obat dan lain-lain. Pengkondisian udara untuk industri lebih mengutamakan kestabilan temperatur dan kelembaban dari pada kenyaman, karena dalam dunia industri mesin pengkondisian udara difungsikan berbeda dengan mesin pengkondisian udara (air conditioner ) untuk kenyamanan.

II-1


II-2

II.1. Sejarah Teknik Pendingin

Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan peradaban manusia di d i wilayah w ilayah sub-tropik. Secara alamiah, manusia yang t inggal inggal di wilayah sub-tropik menyadari bahwa bahan pangan yang mudah rusak ternyata dapat disimpan lebih lama dan lebih baik pada saat musim dingin dibandingkan dengan pada saat musim panas.

Tulisan dari ilmuan Perancis Sadi Carnot (1796-1832) menjadi inspirasi bagi banyak penelitian yang dilakukan t entang konsep termodinamika dan da n sistem siste m pendingin, pendingin, termasuk James Prescot Joule (Inggris, 1818-1889), Julios von Mayer (Jerman, 1814-1878), Herman von Helmholtz (Jerman, 1821-1894), Rudolph Clausius (Jerman, 1822-1888), Ludwig Boltzmann (Austria, 1844-1906), dan William Thomson (Lord Kelvin, Inggris, 1824-1907).

Disamping mesin pendingin sistem kompresi uap, berbagai sistem pendingin lain juga ditemukan selama abad ke-19. ke-19 . Salah satu sat u diantaranya adalah sistem pendingin siklus gas yang muncul akibat penemuan ”mesin udara” siklus terbuka oleh John Gorrie (1803-1855), seorang seorang dokter Amerika. Amerika.

Gorrie

mematenkan penemuan tersebut setelah berhasil mendinginkan mendinginkan brine ke suhu -7oC pada

tahun

1850

dan

1851.

Alexander

Kirk

(1830-1892)

berhasil

mengembangkan mesin siklus tertutup yang dapat mendinginkan hingga suhu -130C pada tahun 1864. Mesin ini didasarkan pada motor udara panas yang yang dikembangkan oleh pastor Skotlandia Robert Stirling pada tahun 1837. Sejarah teknik pendingin pasca abad ke-19 lebih diwarnai oleh perkembangan pesat


II-3

refrigerasi mekanik dengan kompresor berkapasitas besar yang banyak digunakan pada industri.

II.2. Komponen - komponen Utama Sistem Pengkondisian Udara

Siklus refrigerasi merupakan sebuah mekanisme berupa siklus yang mengambil energi (termal) dari daerah bertemperatur rendah dan dibuang ke daerah yang bertemperatur tinggi. Siklus ini berlawanan dengan proses spontan yang terjadi sehari-hari, maka diperlukan masukan energi untuk menjalankan siklus refrigerasi. Teknologi refrigerasi sangat erat berkaitan dengan kehidupan dunia modern, bukan hanya pada sisi peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga menyentuh hal-hal esensial penunjang kehidupan manusia.

Komponen-komponen utama penyusun mesin pengkondisian udara adalah kondensor, kompresor, kompresor, evaporator, katup ekspansi dan drier.

Gambar 2.1 Siklus sistem pengkondisian udara


II-4

Berikut ini adalah uraian ringkas tentang komponen-komponen sistem pengkondisian pengkondisian udara,

II.2.1. Kondenso K ondensorr

Kondensor adalah bagian terpenting dari pembuangan panas dalam sistem refrigerasi. Kondensor berfungsi sebagai media pemindah kalor dari refrigeran ke lingkungan, mencairkan uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi dari kompresor. Berdasarkan media pendinginannya kondensor dibagi menjadi 3 jenis, yaitu : 1. Kondensor Kondensor berpendingin berpendingin air ( Water Cooled Condenser ) 2. Kondensor berpendingin udara ( Air Cooled Condenser Condenser ) 3. Kondensor berpendingin udara dan air ( Air and Water Water Cooled Condenser Condenser )

Gambar 2.2 Kondensor berpendingin udara ( Air Cooled Condenser )

Gambar 2.2 menunjukkan kondensor jenis pendingin udara yang digunakan dalam penelitian ini. Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin, dan gas refrigeran yang berada didalam pipa yang


II-5

bertemperatur tinggi masuk ke bagian atas dari ko il dan berangsur-angsur mencair dibagian bawah dari koil.

II.2.2. Kompre K ompresor sor

Kompresor mengubah uap refrigeran yang masuk pada suhu dan tekanan rendah menjadi uap bertekanan tinggi. Pada mesin AC mobil kompresor digerakkan oleh tali kipas pada pulley engine. Perputaran kompresor ini akan menggerakan piston /vane. Piston/vane ini akan menimbulkan tekanan bagi refrigeran yang berfase uap sehingga tekanannya meningkat dan dengan sendirinya juga akan meningkatkan temperaturnya. Jenis kompresor dapat dibagi sebagai berikut : a. Kompresor Kompresor tipe Crank b. Kompresor Kompresor tipe Reciprocating Reciprocating c. Kompresor Kompresor tipe Swash Plate d. Kompresor Kompresor tipe Rotary Through Through Vane e. Kompresor Kompresor tipe reciprocating

Pada pengujian ini menggunakan kompresor tipe Rotary Through Vane. Tipe kompresor ini terdiri atas dua vane yang integral dan saling tegak lurus. Bila rotor berputar maka vane akan bergeser pada arah radial sehingga ujung-ujung vane akan bersinggungan dengan permukaan dalam silinder. Pada kompresor jenis ini tidak diperlukan katup hisap karena pada saat penghisapan uap refrigeran maka refrigeran akan masuk kedalam kompresor secara ter us-menerus. us-menerus.


II-6

Gambar 2.3 Kompresor tipe Rotary Through Vane

Fungsi kompresor antara lain : a. Mensirkulasikan refrigeran. b. Menaikkan tekanan agar refrigeran dapat berkondensasi pada kondisi ruangan. c. Mempertahankan tekanan yang konstan pada evapor ator. d. Menghisap uap refrigeran bertekanan

dan bertemperatur rendah dari

evaporator, Kemudian menekan/memampatkan gas

tersebut,

sehingga

menjadi uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi lalu dialirkan menuju kondensor.

II.2.3. Evaporator

Evaporator berfungsi sebagai alat penyerap kalor dari lingkungan ke refrigeran sehingga akan mengalami perubahan fase cair menjadi uap.


II-7

Berdasarkan bentuk dan permukaan koilnya, evaporator dibagi menjadi 3 jenis, yaitu : 1. Evaporator t ipe ipe Plate Fin 2. Evaporator t ipe ipe Serpentine Fin 3. Evaporator t ipe ipe drwan cup

Gambar 2.4 tipe-tipe evaporator

Berdasarkan cara kerja, evaporator dibagi menjadi 2 jenis, yaitu yaitu : 1. Flooded Evaporator 2. Dry Expantion Expantion Evaporator Evaporator Berdasarkan bahan konstruksinya, evaporator dibagi menjadi : 1. Shell and Tube Evaporator 2. Shell and Coil Evaporator


II-8

II.2.4. Katup Ekspansi

Katup Ekspansi berfungsi untuk menurunkan tekanan dan temperatur pada refrigeran yang berfase liquid sampai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah sebelum mengalami penguapan dan penyerapan kalor dari lingkungan didalam evaporator. Ada bermacam-macam jenis katup ekspansi, antara lain : 1. Automatic Expantion Expantion Valve Valve 2. Thermostatic Expantion Valve

3. Katup Apung Sisi Tekanan Tinggi 4. Katup Apung Sisi Tekanan Rendah 5. Manual Expantion Expantion Valve Valve 6. Pipa Kapiler 7. Thermoelectric Expantion Valve 8. Electronic Electronic Expantion Valve Valve

Gambar 2.5 Sistem Katup Ekspansi


II-9

Alat ekspansi yang sering digunakan adalah katup ekspansi termostatik dan pipa kapiler. Katup ekspansi termostatik merupakan katup ekspansi berkendali panas lanjut yang digunakan agar refrigeran yang masuk evaporator sesuai dengan beban pendingin yang harus dipenuhi. Sedangkan jenis pipa kapiler bekerja dengan memanfaatkan tahanan gesek refrigeran terhadap pipa, sehingga tekanannya turun. Pipa kapiler biasanya mempunyai diameter yang kecil (0,031 – 0,054 inch) dengan panjang 5 – 20 ft. Pipa kapiler digunakan karena mudah dan murah kemudian beban yang didinginka didinginka nya relatif konstan. ko nstan. Dryer/Recieferr II.2.5. Dryer/Reciefe Filter dryer berfungsi untuk menyaring kotoran dan menyerap uap air

yang terkandung di dalam sistem. Saringan didalam komponen ini berupa anyaman kawat yang halus sedangkan bahan penyerapnya berasal dari zat kimia. Selain dapat menyerap uap air, dryier juga dapat menyerap asam, hasil uraian minyak pelumas, zat kimia dan lain-lain. Hal-hal yang akan terjadi apabila tidak menggunakan filter dryier pada mesin pengkondisian udara : 1.

Membekunya uap air dalam sistem, sehingga terjadinya ter jadinya penyumbatan. penyumbatan.

2.

Terbentuknya asam yang disebabkan reaksi uap air dengan bahan pendingin dan minyak pelumas kompresor. Terbentuknya asam ini dapat menimbulkan korosi pada komponen ko mponen sistem.

3.

Rusaknya kompresor karena terbentuknya endapan air dan asam dalam sistem sehinggga merusak minyak pelumas dalam kompresor .


II-10

Gambar 2.6 Dryer/Reciefer

II.2.6. Refrigeran

Refrigeran merupakan suatu media pendingin yang dapat berfungsi untuk menyerap kalor dari lingkungan atau sebaliknya. Refrigeran dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok, yaitu halocarbon compounds, azeotropes , hidrocarbon , inorganic

compounds, dan unsaturated

organic

compounds. Sifat-sifat fisik termodinamika refrigeran yang digunakan dalam

sistem refrigerasi perlu diperhatikan agar sistem dapat bekerja dengan aman dan ekonomis, adapun sifat refrigeran yang baik adalah : 1. Memiliki tekanan penguapan tinggi, untuk menghindari kemungkinan terjadinya kevakuman pada evaporator dan turunya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi. 2. Memiliki

tekanan

pengembunan

rendah

sehingga

perbandingan

kompresinya rendah dan penurunan prestasi kompresor ko mpresor dapat dihindari.


II-11

3. Kalor laten penguapan harus tinggi agar panas yang diserap oleh evaporator lebih besar jumlahnya, sehingga untuk kapasitas yang sama, jumlah refrigerant yang dibutuhkan dibutuhkan semakin sedikit. 4. Koefisien prestasi harus tinggi, ini merupakan parameter yang penting untuk menentukan biaya operasi. 5. Konduktifitas termal yang tinggi untuk menentukan karakteristik perpindahan panas. 6. Viskositas yang rendah dalam fasa cair atau gas. Dengan turunnya tahanan aliran refrigeran dalam pipa maka kerugian tekanan akan berkurang. 7. Konstata dielektrik yang kecil, tahanan listrik yang besar serta tidak menyebabkan korosi pada material isolasi listr ik. 8. Refrigeran harus stabil dan tidak bereaksi dengan material yang digunakan sehingga tidak menyebabkan korosi. 9. Refrigeran tidak boleh beracun dan berbau. 10. Refrigeran tidak mudah terbakar. 11. Dapat bercampur dengan minyak pelumas tetapi tidak merusak dan mempengaruhinya. 12. Harganya murah dan mudah dideteksi jika terjadi kebocoran.

II.3. Prinsip – Prinsip Dasar Sistem Refrigerasi

Sistem refrigerasi adalah suatu sistem yang menjadikan kondisi temperatur suatu ruangan berada dibawah temperatur semula (temperatur siklus). Pada prinsipnya temperatur rendah yang dihasilkan oleh suatu sistem refrigerasi diakibatkan oleh penyerapan panas pada reservoir dingin ( low temperature


II-12

source) yang merupakan salah satu bagian sistem refrigerasi tersebut. Panas yang

diserap dan energi yang diakibatkan kerja luar, dibuang pada bagian sistem refrigerasi yang disebut reservoir panas (high temperature sink ). ). Untuk suatu sistem refrigerasi, jumlah panas Q1 yang diserap pada reservoir dingin merupakan kuantitas yang terpenting, dapat menunjukan berapa kapasitas pendingin yang dapat diberikan oleh sistem refrigerasi. Secara skematis proses itu dapat digambarkan sebagai berikut berikut :

Gambar 2.7 Skema sistem refrigerasi

Keterangan : 1

= Reservoir dingin (low tempeerature source )

2

= Reservoir panas (high temperature sink )

Q1 = Panas yang diserap dari reservoir reservo ir dingin


II-13

Q2 = Panas yang dibuang reservoir panas = Q 1 + w W = Kerja yang yang diberikan diber ikan dari luar luar II.4. Dasar – Dasar Psikrometrik

Psikrometrik merupakan suatu bahasan tentang sifat-sifat campuran udara dengan uap air, hal ini sangat penting dalam pengkondisian udara karena udara pada atmosfir merupakan percampuran antara a ntara udara dan uap air, a ir, jadi tidak benar benar kering. Kandungan Kandungan uap air dalam udara

untuk suatu keperluan harus

dibuang atau malah ditambahkan. dita mbahkan. Pada bagan psikrometrik ada dua hal penting, yaitu penguasaan akan dasar-dasar bagan dan kemampuan menentukan sifat-sifat pada kelompokkelompok keadaan lain, misalnya tekanan barometrik yang tidak standar. Untuk memahami proses-proses yang terjadi pada karta psikrometrik perlu adanya pemahaman tentang hukum hukum Dalton dan sifat-sifat sifat-s ifat yang ada dalam karta psikro psikrometrik metrik,, antara a ntara lain : 1. Temperatur bola kering (Dry Ball) Temperatur bola kering merupakan temperatur yang terbaca pada termometer sensor kering dan terbuka, namun penunjukan dari temperatur ini tidak tepat karena adanya pengaruh radiasi panas. 2. Temperatur bola basah (Wet Ball) Temperatur bola basah merupakan temperatur yang terbaca pada termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah. Untuk mengukur temperatur ini diperlukan aliran udara sekurangnya adalah 5


II-14

m/s. Temperatur bola basah sering disebut dengan temperatur jenuh adiabatik. 3. Titik embun Titik embun adalah temperatur air pada keadaan dimana tekanan uapnya sama dengan tekanan uap air dari udara. Jadi pada temperatur tersebut uap air dalam udara mulai mengembun dan hal tersebut terjadi apabila udara lembab didinginkan. Pada tekanan yang berbeda titik embun uap air akan berbeda, semakin besar tekanannya maka titik embunnya embunnya semakin besar. 4. Kelembaban relatif. Kelembaban relatif didefinisikan sebagai perbandingan fraksi molekul uap air didalam udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada temperatur dan tekanan yang sama atau perbandingan antara tekanan persial uap air yang ada di dalam udara dengan tekanan jenuh uap air yang ada pada temperatur yang sama. Kelembaban relatif dapat dikatakan sebagai kemampuan udara untuk menerima kandungan ka ndungan uap air. Kelembaban ini dapat dirumuskan :

φ

Pw =

Pws

.......... (Lit, 6. Hal 40)

dimana : Pw

= Tekanan uap air parsial

Pws

= Tekanan jenuh air murni pada suhu yang sama


II-15

5. Kelembaban spesifik (rasio kelembaban) Kelembaban spesifik ( w) adalah berat atau massa air yang terkandung didalam setiap kilogram udara kering, atau perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering yang ada didalam atmosfir. Kelembaban spesifik dapat dirumuskan :

w

p sV / Rs T

Mw =

=

Ma

p aV / Ra T

=

p s / Rs

( pt

−

p s ) / Ra

…….( Lit, 6. Hal 41 )

Dimana :

6. Entalpi.

W

= Kelembaban spesifik

Mw

= Massa uap air

Ma

= Massa udara kering 3

V

= volume volume sembarang campuran udara-uap (m )

Pt

= tekanan atmosfer (Pa)

Pa

= tekanan parsial udara kering (Pa)

R a

= tetapan gas untuk udara kering = 287 J/kg.K

R s

= tetapan gas untuk uap air = 461,5 J/kg.K

T

= suhu absolut campuran udara-uap ( oK)

Ps

= tekanan uap air parsial dalam keadaan jenuh


II-16

Entalpi merupakan energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada tekanan dan temperature tertentu atau jumlah energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air (fase cair) dari 0 oC sampai mencapai ToC dan menguapkannya menjadi uap air (fase gas). 7. Volume spesifik. Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meterkubik per kilogram udara kering. ker ing. II.5. Analisis Termodinam Termodinamika ika Siklus Kompresi Kompresi Uap II.5.1. Siklus Kompresi Uap

Siklus kompresi uap merupakan salah satu siklus yang digunakan dalam proses pendingin, pendingin, siklus kompresi uap memerlukan beberapa komponen utama agar siklus ini dapat bekerja dengan baik seperti kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator.

Gambar 2.8 Siklus Kompresi Uap


II-17

Adapun proses ideal yang terjadi pada siklus kompresi uap adalah proses kompresi, kondensasi, proses ekspansi dan proses evaporasi, dan proses ini dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.9 Diagram kompresi uap

Gambar 2.10 Diagram P-h sistem kompresi uap


4–1

II-18

Proses Evaporasi

Pada tahap ini terjadi pertukaran kalor di evaporator, dimana kalor dari lingkungan atau media yang didinginkan diserap oleh refrigeran cair dalam evaporator sehingga refrigeran cair yang berasal dari katup ekspansi yang bertekanan dan bertemperatur rendah berubah fasa dari fasa cair menjadi uap yang mempunyai mempunyai tekanan dan temperatur tinggi. Maka Maka besar kalor yang yang diserap oleh refrigerant adalah : Qe = mref ( h1 – h4 )

…… ( Lit, 7. Hal 26 )

Dimana : Qe

= Laju pelepasan kalor evaporasi ( kJ/s).

mref

= Laju aliran massa refrigeran ( kg/s).

h1 – h4 = Efek refrigerasi (kJ/kg). 1–2

Proses Kompresi

Tahap ini terjadi di kompresor dimana refrigeran yang berfasa uap dengan temperatur dan tekanan rendah dikompresi secara isentropik sehingga temperatur dan tekanannya menjadi tinggi, besar kapasitas pemanasan dapat ditulis dengan persamaan : Qw = mref ( h2 – h1 ) Dimana : Qw

= Daya kompresi ( kJ/s)

mref

= Laju aliran massa refrigeran ( kg/s)

…… ( Lit, 7. Hal 26 )


II-19

h2 – h1 = Kerja kompresi (kJ/kg) 2–3

Proses Kondensasi Konden sasi

Tahap ini terjadi didalam kondensor, dimana panas dari refrigeran yang berfase uap dari kompresor dibuang ke lingkungan sehingga refrigeran tersebut mengalami kondensasi. Pada tahap ini terjadi perubahan fase dari dari fase uap superheat menjadi fase cair jenuh, pada fase cair jenuh ini tekanan dan

temperaturnya masih tinggi. Besarnya kalor ka lor yang dilepaskan di kondensor adalah: Qc =mref (h2 – h3)

.……… ( Lit, 7. Hal 26)

Dimana :

3–4

Qc

= Laju pelepasan kalor kondensasi (kJ/kg)

h2

= Entalpi refrigeran yang keluar dari dari kompresor (kJ/kg) (kJ/kg)

h3

= Entalpi refrigeran cair jenuh jenuh (kJ/kg) (kJ/kg)

Proses Ekspansi

Tahap ini terjadi di katup ekspansi dimana refrigeran diturunkan tekanannya yang diikuti dengan turunnya temperatur isentalpi. Pada proses ini tidak ada kerja yang dilakukan atau ditimbulkan sehingga W = 0. Perubahan energi kinetik dan energi potensial dianggap nol. Proses dianggap adiabatik adiabatik sehingga q = 0. Persamaan energi aliran ini adalah : h3 = h4 (kJ/kg)

………. (Lit, 7. Hal 27)


II-20

II.6.2. Efek Refrigerasi

Efek refrigerasi adalah besarnya kalor yang diserap oleh refrigeran pada proses evaporasi. efek refrigerasi dapat dirumuskan sebagai berikut : RE = h1 – h4 ( kJ/kg )

………. (Lit, 7. Hal 27)

Dimana : RE = Efek refrigerasi (kJ/kg) h1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 (kJ/kg) h4 = Entalpi refrigeran pada titik 4 (kJ/kg) II.6.3. Laju Aliran Kalor Evaporator

Laju aliran kalor udara evaporator dirumuskan sebagai berikut : Qevap = Mud.evap ( hin –hout )

………. (Lit, 7. Hal 27)

Dimana : Qevap

= Laju aliran kalor evaporator ( kJ/s )

Mud.evap

= Laju aliran massa udara evaporator ( kg/s )

hin

= Entalpi udara pada sisi masuk evaporator dan dikoreksi pada Twb ruang ( kJ/kg )

hout

= Entalpi udara pada sisi keluar evaporator dan dikoreksi pada Twb ruang ( kJ/kg )


II-21

II.6.4. Laju aliran Massa Udara Evaporator

Laju aliran massa udara melalui mela lui evaporator dirumuskan sebagai berikut : Mud.evap = ρudara . A. V

……..(Lit, ……..( Lit, 7. Hal 28)

Dimana : Mud.evap = laju aliran massa udara evaporator ( kg/s ) 3

ρudara = Massa jenis udara ( kg/m ) 2

A = Luas penampang saluran udara evaporator (0,017 m ) V = Kecepatan udara melalui saluran udara ke luar evaporator (m/s)

Dimana : R = tetapan gas untuk udara 0,287 kJ/kg.K P = tekanan absolut 101,325 kPa T = suhu absolut ( oK) 2

A= πD

Dimana : D = diameter saluran udara evaporator (0,15 m) II.6.5. Laju Aliran Aliran Massa Refrigeran

Laju aliran massa refrigeran menyatakan jumlah refrigeran yang disirkulasikan tiap satuan waktu dan dapat dirumuskan sebagai berikut :


II-22

............ (Lit, 7. Hal 28) Dimana : mref

= Laju aliran massa refrigeran re frigeran (kg/s)

Qevap

= Laju aliran kalor udara evaporator (kJ/s)

h1

= Entalpi refrigeran pada titik 1 (kJ/kg)

h4

= Entalpi refrigeran pada titik tit ik 4 (kJ/kg)

II.6.6. Koefisien Prestasi

Koefisien prestasi dari sistem refrigerasi adalah perbandingan antara kalor yang diserap dari ruang pendingin (efek refrigerasi) dengan kerja yang dilakukan kompresor. Koefisien prestasi (COP) dapat dirumuskan sebagai berikut : ............ (Lit, 7. Hal 29) Dimana : COP

= Koefisien Prestasi (Coefisien of performance)

h1


h4


h2

= Entalpi refrigeran pada titik tit ik 2 (kJ/kg)

BAB III. Metoda Penelitian

BAB III METODA PENELITIAN

III.1. Prinsip Kerja Instalasi

Prinsip kerja instalasi sistem pengkondisian udara dapat dilihat pada gambar dibawah ini adalah :

Gambar 3.1 Prinsip kerja peralatan uji sistem pengkondisian udara dengan 2 evaporator

III-1


III-2

1. Didalam kompresor, refrigeran berfase uap yang bertemperatur dan bertekanan rendah dikompresikan sehingga mempunyai temperatur dan tekanan tinggi. Kemudian refrigeran masuk kedalam kondensor. 2. Didalam kondensor, uap refrigeran yang bertemperatur dan bertekanan tinggi didinginkan oleh udara sehingga berkondensasi menjadi cairan refrigeran. Didalam kondensor ini, kalor yang dibawa oleh uap refrigeran dari kompresor dilepaskan keluar sistem (lingkungan) dibantu oleh kipas pendingin sehingga proses perpindahan kalor kalor berlangsung lebih cepat. 3. Refrigeran cair dari kondensor akan diterima oleh filter dryer kemudian dialirkan pada pipa kapiler yang berfungsi sebagai alat ekspansi. Pada pipa kapiler, tekanan refrigeran yang akan masuk evaporator akan diturunkan. Penurunan tekanan ini disesuaikan sehingga refrigeran dapat menyerap cukup banyak kalor kalor dari lingkungan didalam evaporator. 4. Refrigeran yang bertekanan rendah akan menguap didalam pipa-pipa evaporator. Penguapan ini membutuhkan energi kalor yang diserap dari sekelilingnya, sehingga ruangan menjadi dingin karena temperaturnya turun. Uap refrigeran dari evaporator, seterusnya akan masuk ke pipa hisap ( suction line) menuju kompresor lagi.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui koefisien prestasi (COP) mesin pengkondisian pengkondisian udara dengan 2 evaporator terhadap perubahan kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor.


III-3

Instalasi peralatan uji ini terdiri dari komponen utama siklus refrigerasi yaitu evaporator (koil pendingin), kondensor, kompresor, katup ekspansi, dryer. Alat ukur yang digunakan adalah : velometer, pressure gauge, thermocouple. Alat pendukung pendukung seperti motor penggerak kompresor, accu, kipas angin, ruangan penyekat (kabin).

Gambar 3.2 Instalasi peralatan uji

III.2. III.2. Spesifikasi Peralatan Uji III.2.1. III.2.1. Komponen Utama

a. Kompressor Tipe

: rotary through vane

Pabrikan

: Jepang

Brand

: Nippon Denso


III-4

Rotary through vane Gambar 3.3 Kompresor Rotary

Fungsi : mensirkulasikan bahan pendingin (refrigeran), menaikan tekanan agar refrigeran dapat berkondensasi pada kondisi ruangan, mempertahankan tekanan refrigeran pada evaporator. b. Kondensor Tipe

: Berpendingin udara ( Air Cooled Condenser )

Luas

: 17,15 m2

Pabrikan

: Jepang

Material

: Tembaga

Brand

: Denso

Fungsi

:

sebagai

media

pemindah

kalor

dari

refrigeran

kelingkungan untuk mencairkan uap refrigeran yang bertekanan dan bersuhu tinggi tinggi dari kompressor.

Air Cooled Condenser ) Gambar 3.4 Kondensor Pendingin Udara ( Air


III-5

c. Evaporator Tipe

: Bare tube evaporator

Material koil : Aluminium Brand

: Denso

Fungsi

: sebagai alat penyerap kalor dari lingkungan lingkungan ke refrigeran sehingga refrigeran mengalami perubahan fase dari cair menjadi uap.

Gambar 3.5 Evaporator tipe Bare Tube


III-6

d. Dryer Fungsi : untuk menyaring kotoran dan menyerap uap air yang terkandung didalam sistem.

Gambar 3.6 Dryer

e. Katup Ekspansi Jenis

: Termostatik

Fungsi : untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai ke tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah.

Gambar 3.7 Katup ekspansi tipe Termostatik


III-7

f. Refrigeran Jenis

: R-134a

Fungsi

: media pendingin dalam sistem pengkondisian udara.

Gambar 3.8 Refrigeran R-134a

III.2.2. Alat Ukur

a. Pressure Gauge Satuan : psi Buatan : USA Brand : Asian First and Royal Fungsi : untuk mengukur tekanan refrigeran yang mengalir dalam pipa

Gambar 3.9 Pressure gauge


III-8

b. Digital Thermocouple Tipe

: K-type bead thermocouple

Buatan

: Taiwan

Fungsi Fungsi

: untuk mengukur mengukur suhu refrigeran yang bersirkulasi dalam sistem.

Gambar 3.10 Thermocouple

c. Thermometer Satuan : Celcius Fungsi : untuk mengukur temperatur ruangan.

Gambar 3.11 Thermometer

d. Velometer Nama : Velometer Satuan : fpm Brand : Alnor


III-9

Fungsi : untuk mengukur mengukur kecepatan laju aliran a liran udara.

Gambar 3.12 Velometer

III.2.3. Peralatan Pendukung

a. Motor listrik Power

: 2200 W

Pols/Phase : 2/1 rpm

: 2850

Volt

: 220 V

Amp/Hz

: 14A/50 HZ

Fungsi

: untuk menggerakan kompresor agar kompresor dapat bekerja.

Gambar 3.13 Motor listrik


III-10

b. Accu Brand : Yuasa Fungsi : untuk menggerakan blower pada evaporator dan menggerakan magnet clutch pada kompresor.

Gambar 3.14 Accu

c. Kipas pendingin Brand

: Maspion

Blade size : 300 300 mm Buatan

: Indonesia

Voltage

: 220-240V ; 50/60HZ

Wattage

: 45 watts

Fungsi Fungsi

: untuk mendinginkan mendinginkan dengan mempercepat perpindahan kalor refrigeran pada kondensor.


III-11

Gambar 3.15 Kipas pendingin

d. Ruang penyekat (Kabin) (Kabin) Fungsi : agar waktu yang dibutuhkan untuk pendingin ruangan lebih cepat maka diperlukan ruang penyekat.

Gambar 3.16 Ruang penyekat (Kabin)

III.3. Tahap Kalibrasi Kalibrasi Alat A lat Ukur

Kalibrasi adalah cara untuk menentukan sifat-sifat metrologi suatu alat ukur dengan membandingkannya terhadap standar alat ukur yang diketahui. Proses kalibrasi sangat penting didalam suatu pengukuran untuk menjamin


III-12

validitas pengukuran, karena ketelitian alat ukur bisa berubah setelah pemakaian yang lama, sehingga hasil yang ditunjukkan belum tentu menunjukkan data yang sebenarnya. Alat-alat yang dikalibrasi sebelum digunakan untuk mengukur data dalam pengujian ini adalah : Thermocouple, pressure gauge. III.4. Menguji Kebocoran pada Instalasi

a. Untuk menguji kebocoran pada peralatan uji, terlebih dahulu melakukan memvakumkan sistem peralatan dengan menggunakan pompa vakum yang dilengkapi dengan indikator tekanan. Jika setelah pompa vakum dihentikan dan ditunggu ditunggu beberapa saat t erjadi kenaikan tekanan berarti dalam peralatan uji tersebut masih ada kebocoran. kebocor an. b. Untuk mendeteksi lokasi kebocoran maka dapat dilakukan dengan mengoleskan busa sabun pada permukaan pipa dan peralatan uji lainnya.

III.5. Pemvakuman Instalasi dan Pengisian Refrigeran III.5.1. Pemvakuman Instalasi

Sebelum refrigeran diisi kedalam kompresor, perlu dilakukan proses pemvakuman terlebih dahulu. Hal ini penting pent ing untuk memastikan bahwa tidak ada kotoran-kotoran, uap air (bunga es) dan udara didalam kompresor dan pipa-pipa refrigeran yang dapat menyebabakan tejadinya penyumbatan. Adapun langkahlangkah pemvakuman pada sistem dapat dilakukan sebagai berikut:


III-13

1) Memasang manifold gauge pada sistem. 2) Menghubungkan selang warna kuning ke pentil isi/buang yang terdapat pada kompresor. 3) Menghubungkan Menghubungkan selang war na biru ke pompa vakum. 4) Menghubungkan Menghubungkan selang war na merah ke tabun t abung g refrigeran. refrigera n. 5) Menutup rapat katup merah dan biru yang terdapat pada manifold gauge.

6) Menghidupkan pompa vakum, kemudian membuka katup warna biru pada manifold gauge, biarkan selama ± 20 menit sampai tekanan pada manifold gauge mencapai –20 psi. 7) Membuka katup warna merah pada manifold gauge untuk membuang udara yang terdapat pada kompresor. 8) Menutup semua katup pada manifold gauge setelah kondisi vakum tercapai dan mematikan pompa po mpa vakum. 9) Membiarkan kondisi ini ± 10 menit dengan mempertahankan tekanan pada manifold gauge. 10) Jika terdapat kenaikan tekanan setelah langkah no. 9 berarti terdapat kebocoran

pada

memperbaikinya.

sistem,

lakukan

pemeriksaan

ulang

dan


III-14

11) Mengulangi langkah pemvakuman no. 1 sampai no. 9 hingga diyakini tidak terjadi kebocoran.

Gambar 3.17 manifold gauge

III.5.2. Pengisian Refrigeran

Pengisian refrigeran R-134a dapat dilakukan dengan dua metode yaitu: pengisian berdasarkan jumlah berat refrigeran yang diijinkan kedalam kompresor ko mpresor atau pengisian refrigeran berdasarkan tekanan maksimal didalam kompresor. Metode yang akan dilakukan kali ini adalah metode pengisian refrigeran berdasarkan tekanan maksimal didalam kompresor. Adapun langkah-langkah langkah-langkah pengisiannya sebagai berikut : 1) Melakukan proses pemvakuman seperti yang dijelaskan dalam proses pemvakuman sistem diatas. 2) Setelah pemvakuman selesai, rangkaian selang pada manifold gauge, kompresor dan pompa vakum tidak perlu dilepas. 3) Melihat tekanan awal pada kompresor.


III-15

4) Menghidupkan kompresor yang selesai selesa i divakumkan d ivakumkan untuk proses pengisian refrigeran. 5) Melanjutkan dengan langkah membuka keran pada tabung refrigeran kemudian dilanjutkan dengan membuka keran warna merah pada manifold gauge, perhatikan nilai pada digital clamp tester yang

menunjukkan jumlah refrigeran yang sudah masuk dalam kompresor. Banyaknya refrigeran yang sudah masuk dalam kompresor tidak boleh melebihi dari tekanan kompresor yang dimiliki. 6) Menutup keran warna merah jika jumlah pengisian dirasa sudah cukup. 7) Menutup keran pada tabung refrigeran dan melepas semua selang dari kompresor dan pompa vakum.

III.6. Prosudur Pengambilan Data III.6.1. Pemeriksaan Peralatan Sebelum Pengujian

Pemeriksaan seluruh peralatan uji dan perlengkapannya merupakan langkah pertama yang harus dilakukan untuk menjaga keamanan dan keselamatan baik penguji maupun maupun peralatan uji. Hal-hal yang perlu diperhatikan antara lain : a. Memeriksa kondisi mesin baik pada komponen yang bergerak maupun komponen yang tidak bergerak. b. Memastikan dan memeriksa suplai listrik yang diperlukan oleh oleh peralatan uji.


III-16

c. Memeriksa kondisi di dalam evaporator. d. Memeriksa putaran kipas pendingin kondensor serta kebersihan sirip-sirip kondensor untuk memastikan pertukaran kalor yang terjadi berlangsung dengan baik dan maksimal. e. Memastikan pipa-pipa refrigeran dari kebocoran dan memastikan sudah terisolasi termal ter mal dengan dengan baik. baik. f. Memeriksa setiap peralatan ukur yang akan digunakan didalam pengambilan data apakah berfungsi dengan baik. III.6.2. Cara Menghidupkan Mesin

a. Menghidupkan motor listrik untuk digunakan menggerakan kompressor. b. Menghidupkan Menghidupkan blower . c. Memilih prosedur pengujian dengan kecepatan aliran udara kondensor pada putaran rendah (550 fpm), fpm), sedang (700 fpm) dan tinggi tinggi (800 fpm). d. Menunggu beberapa saat sa mpai mencapai kondisi tunak (±15 menit) III.6.3. Data Pengujian

Dalam

penngujian

ini,

data

yang

perhitungan adalah sebagai berikut berikut : a. Temperatur masuk kompresor (T 1) b. Temperatur keluar kompresor (T2) c. Temperatur keluar kondensor (T 3)

diperlukan

untuk

mendukung


III-17

d. Temperatur masuk evaporator I (T 4) e. Temperatur masuk evaporator II (T 5) f.

Temperatur keluar evaporator I (T6)

g. Temperatur keluar evaporator II (T 7) h. Tekanan masuk kompresor (P 1) i.

Tekanan keluar kompresor (P2)

j.

Tekanan keluar kondensor (P 3)

k. Tekanan masuk evaporator I (P 4) l.

Tekanan masuk evaporator II (P 5)

m. Tekanan keluar evaporator I (P6) n. Tekanan keluar evaporator II (P 7) o. Temperatur lingkungan p. Kecepatan udara dalam kabin q. Temperatur bola basah masuk dan keluar kabin dan bola kering masuk dan keluar kabin

III.6.4. Pengamatan yang Dilakukan

a. Menentukan pengamatan keposisi putaran blower yang minimal. b.Menentukan kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor dengan putaran rendah yaitu 550 fpm. c. Menunggu beberapa saat sampai tercapai tercapa i kondisi tunak. d. Mencatat data : 1) Temperatur refrigeran di titik t itik T1, T2, T3, T4, T5, T6 dan T7. 2) Tekanan refrigeran di titik P 1, P2, P3, P4, P5, P6 dan P7.


III-18

3) Temperatur bola kering (T db) dan temperatur bola basah (T wb) udara masuk evaporator. 4) Temperatur bola kering (T db) dan temperatur bola basah (T wb) udara keluar evaporator. 5) Kecepatan aliran udara pada saluran udara keluar evaporator. e. Mencatat data pada peralatan uji f. Mengulang langkah c-e pada kecepatan aliran udara kipas pendingin kondensor dengan putaran sedang yaitu 700 fpm. g. Mengulang langkah c-e pada kecepatan aliran udara kipas pendingin kondensor dengan putaran tinggi yaitu 800 fpm. m. Mematikan peralatan uji 1) Mematikan blower 2) mematikan motor listrik 3) mematikan kipas pendingin kondensor

BAB IV. Hasil dan Pembahasan

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1. Data Hasil Pengujian

Setelah melakukan pengujian dan mencatat perubahan temperatur (T), tekanan (P), temperatur bola basah (T wb) dan temperatur bola kering (T db) pada lingkungan dan pada kabin dan kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor, maka didapatkan data sebagai berikut : Tabel 4.1 Data hasil pengujian perangkat uji mesin pengkondisian udara dengan 2 evaporator terhadap variasi kecepatan aliran udara kipas pendingin kondensor

IV.2. Pengolahan Data Hasil Pengujian

Data yang didapatkan dari pengujian mesin pengkondisian udara, diambil contoh pada putaran kipas udara pendingin kondensor dengan putaran maksimum (800 fpm). IV-1


IV.2.1. Perhitungan Laju Aliran Massa Udara Evaporator (M ud.evap)

a. Evaporator I Mud.evap = ρud x V x A

Mud.evap I = ρud x V x A = 1,218 x 3,556 x 0,017 = 0,0736 kg/s

b. Evaporator II Mud.evap = ρud x V x A

Mud.evap II = ρud x V x A = 1,226 x 3,556 x 0,017 = 0,0741 kg/s

IV-2


IV.2.2. Perhitungan Beban Evaporator (Q evap)

a. Evaporator I Qevap I = Mud.evap I ( hin –hout ) = 0,0736 (76,5 – 45) = 2,318 kW b. Evaporator II Qevap II = Mud.evap II ( hin –hout ) = 0,0741 (76,5 – 42) = 2,556 kW

IV.2.3. Perhitungan Efek Refrigerasi (RE)

RE = (h1 – h3) = (259,52 – 137,41) = 122,11 kJ/kg

IV.2.4. Perhitungan Laju Aliran Massa Refrigeran (m ref )

IV.2.5. Perhitungan Kerja Kompresi

Kerja kompresi = (h2 – h1) = (286,27 – 259,52) = 26,75 kJ/kg

IV-3


IV-4

IV.2.6. Perhitungan Daya Kompresi (Q w)

Qw = mref (h2 – h1) = 0,0209 x 26,75 = 0,559 kW

IV.2.7. Perhitungan Laju Pelepasan Kalor Kondensor (Q c)

Qc = mref (h2 – h3) = 0,0199 (286,27 – 137,41) = 2,962 kW

IV.2.8. Perhitungan Laju Pelepasan Kalor Evaporator (Q e)

Qe = mref (h1 – h3) = 0,0199 x (259,52 – 137,41) = 2,429 kW

IV.2.9. Perhitungan Coefisien Of Performance (COP)

Dari

data-data

yang

sudah

didapat

tersebut

akan

diketahui

sifat-sifat

termodinamika dan untuk perhitungan menggunakan daur kompresi uap standar yang diplot pada diagram p-h.


IV-5

Gambar. 4.1 diagram p-h R-134a untuk kecepatan aliran udara kipas pendingin 800 fpm

•

Pada titik 1, 6 dan 7 (keluar evaporator dan masuk kompressor) dengan menggunakan parameter tekanan dan temperatur akan diketahui entalpi pada titik 1, titik 6 dan titik 7 sebesar 259,52 kJ/kg ( property tables refrigerant-134a) dengan kondisi saturated refrigerant .

•

Pada titik 2 (keluar kompressor dan masuk kondensor) dengan mengguanakan parameter tekanan dan temperatur akan diketahui entalpi pada titik 2 sebesar 286,27 kJ/kg dengan kondisi superheated refrigerant .

•

Pada titik 3 (keluar kondensor dan masuk katup expansi) dengan menggunakan parameter tekanan dan temperatur akan diketahui entalpi pada titik 3 sebesar 137,41 kJ/kg dengan kondisi subcooled refrigerant .


•

IV-6

Pada titik 4 dan 5 (masuk evaporator) karena prosesnya di asumsikan adiabatik (tidak ada kalor yang di pindahkan), isoentalpi (terjadi pada entalpi konstan) maka h3 = h4 = h5 = 137,41 kJ/kg.

•

Pada Evaporator I Twbin dan Twbout dari pengukuran thermocouple di dapatkan entalpi hin 76,5 kJ/kg dan entalpi h out 45 kj/kg dan pada Evaporator II Twbin dan Twbout dari pengukuran thermocouple di dapatkan entalpi hin 76,5 kJ/kg dan entalpi h out 42 kj/kg. (berdasarkan ASHRAE Psychrometric Chart No.1)

Gambar. 4.2 Diagram Psikrometrik


IV-7

IV.3. Data Hasil Perhitungan

Setelah melakukan perhitungan dan mengamati tabel psikometrik dan property tables and charts (SI units) tabel A-13 dari data yang didapat

sebelumnya, maka didapat entalpi (h) pada setiap tekanan (P), temperatur bola basah (Twb) dan bola kering (T db) pada lingkungan, temperatur bola basah (T wb) dan bola kering (T db) pada kabin, massa udara pada evaporator (M ud.evap), Beban Evaporator (Qevap), Efek Refrigerasi (RE), Laju Aliran Massa Refrigeran (mref ), ), Kerja Kompresi (Qw), Kalor Kondensor (Q c), Kalor Evaporator (Q e) dan Coefisien Of Performance (COP) untuk setiap kecepatan kipas pada kondensor. Untuk

putaran kipas kondensor 550 fpm dan 700 fpm dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 4.2 Data perhitungan dari hasil data pengujian mesin pengkondisian udara dengan 2 evaporator terhadap variasi kecepatan udara kipas pendingin kondensor.


IV-8

Diagram P-h untuk ketiga variasi kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor dapat diamati pada gambar diagram d iagram dibawah ini.

Gambar. 4.3 diagram P-h R-134a variasi kecepatan aliran udara kipas kondensor

IV.3. Grafik Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian dan perhitungan diatas maka dapat dianalisa melalui grafik pengaruh pengaruh perubahan kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor terhadap efek refrigerasi (RE), laju aliran masa refrigeran (mref ), daya kompresi (Qw), kalor kondensor (Q c), kalor evaporator (Q e) dan koefisien prestasi (COP).


IV-9

IV.3.1. Analisis Pengaruh Perubahan Kecepatan Aliran Udara Kipas Pendingin pada Kondensor terhadap Efek Refrigerasi (RE)

Gambar. 4.4 Grafik kecepatan aliran udara kipas pada kondensor terhadap efek refrigerasi

Gambar grafik grafik diatas memperlihatkan bahwa pada kecepatan kecepatan aliran udara pada kondensor rendah (550 fpm) fpm) efek refrigerasinya 118,91 kJ/kg dan pada kecepatan aliran udara pada kondensor tinggi (800 fpm) efek refrigerasinya 122,11 kJ/kg, sehingga sehingga terjadi ter jadi kenaikan efek refrigerasi (RE) akibat bertambahnya bertambahnya kecepatan aliran udara pada kondensor. Dengan bertambahnya kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor maka proses pelepasan kalor kondensor ke lingkungan akan semakin cepat. Hal ini mengakibatkan efek refrigerasi meningkat dan akan mengakibatkan pendinginan ruangan meningkat juga. Hal ini terjadi karena persamaan efek refrigerasi adalah selisih antara h3 dengan h1.


IV-10

IV.3.2. Analisis Pengaruh Perubahan Kecepatan Aliran Udara Kipas Pendingin pada Kondensor terhadap Laju Aliran Massa Refrigeran (mref )

Gambar. 4.5 Grafik kecepatan aliran udara pada kondensor dan laju aliran massa refrigeran (mref )

Gambar grafik grafik diatas memperlihatkan bahwa pada kecepatan kecepatan aliran udara pada kondensor rendah (550 fpm) laju aliran massa refrigeran 0,0225 kg/s dan pada kecepatan aliran udara pada kondensor tinggi (800 fpm) laju aliran massa refrigeran 0,0199 kg/s, sehingga terjadi penurunan laju aliran massa refrigeran akibat bertambahnya kecepatan aliran udara pada kondensor. Kecepatan aliran udara pendingin pada kondensor berbanding terbalik terhadap laju aliran massa refrigeran. Semakin besar kecepatan aliran udara pendingin pada pad a kondensor semakin kecil laju aliran massa refrigerannya. Proses perpindahan kalor yang semakin cepat pada kondensor mempengaruhi tekanan


IV-11

masuk dan keluar kondensor, karena tekanan yang dihasilkan oleh kompresor berkurang maka temperatur juga ikut. ikut. Laju aliran massa refrigeran adalah perbandingan antara nilai beban pendingin dengan efek refrigerasi yang dihasilkan. Beban pendingin akan menurun terhadap kenaikan laju aliran udara pendingin pada kondensor sedangkan efek refrigerasi akan meningkat. Massa refrigeran akan berkurang karena kerja kompresi yang dihasilkan oleh kompresor berkurang. Sesuai dengan diagram p-h yang dihasilkan, terlihat bahwa tekanan dan temperatur menurun dan entalpi juga akan menurun. IV.3.3. Analisis Pengaruh Kecepatan Aliran Udara Kipas Pendingin pada Kondensor terhadap Daya Kompresi (Q w)

Gambar. 4.6 Grafik kecepatan putaran kipas kondensor dan daya kompresi (Q w)

Gambar grafik diatas terlihat bahwa daya yang dibutuhkan kompresor mengalami penurunan seiring dengan kenaikan laju kecepatan udara pendingin


IV-12

kondensor. Daya kompresor ini diperoleh dari perkalian laju aliran massa refrigeran dengan kerja kompresi. Kerja kompresi semakin menurun karena entalpi yang dihasilkan juga menurun. Disebabkan tekanan yang dihasilkan menurun karena pengaruh udara pendingin kondensor. Sedangkan untuk laju aliran massa refrigeran juga menurun. Kerja kompresi menurun karena kalor yang dilepaskan oleh kondensor banyak sehingga temperatur kondensor menjadi rendah dan tekanannya juga akan rendah. Maka untuk mengalirkan refrigeran akan lebih mudah dan kerja kompresi akan kecil, sehingga daya daya kompresor yang dihasilkan akan berkurang. Pada kecepatan aliran udara pada kondensor kecil (550 fpm) daya yang dibutuhkan kompresor sebesar 0,675 kW dan pada kecepatan aliran udara tinggi (800 fpm) daya yang dibutuhkan kompresor sebesar 0,559 kW. Hal ini dapat dikatakan bahwa semakin besar kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor maka daya yang dibutuhkan kompresor semakin kecil sehingga koefisien prestasi akan semakin besar.


IV-13

IV.3.4. Analisis Pengaruh Perubahan Kecepatan Aliran Udara Kipas Pendingin pada Kondensor K ondensor Terhadap Kalor Kondensor

Gambar. 4.7 Grafik kecepatan aliran udara kipas pendingin kondensor terhadap kalor kondensor (Qc)

Gambar grafik diatas terlihat bahwa pada kecepatan aliran udara rendah (550 fpm) kalor kalor kondensor 3,275 kW dan pada pada kecepatan aliran udara tinggi (800 fpm) maka kalor kondensor 2,962 kW. perubahan kalor kondensor akan turun berbanding berbanding terbalik dengan kecepatan aliran udara kipas

pendingin pada

kondensor. kalor kondensor akan semakin turun karena adanya aliran udara pendingin pada kondensor yang meningkat. Sehingga kalor ka lor yang dilepaskan d ilepaskan akan semaikin banyak, sedangkan temperatur kondensor akan berkurang Perubahan entalpi antara h2 dengan h3 akan meningkat sedangkan laju aliran massa refrigeran menurun.


IV-14

IV.3.5. Analisis Pengaruh Perubahan Kecepatan Aliran Udara Kipas Pendingin pada Kondensor K ondensor Terhadap Terhadap Kalor K alor Evaporator

Gambar. 4.8 Grafik kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor terhadap kalor evaporator (Qe)

Gambar grafik diatas memperlihatkan bahwa kecepatan udara pendingin kondensor berbanding lurus dengan kalor evaporator. Semakin besar kecepatan putaran kipas pendingin kondensor maka akan semakin besar nilai evaporator dan akan meningkatkan nilai koefisien prestasi mesin AC tersebut juga akan menurunkan suhu pendinginan. Pada kecepatan aliran udara pada kondensor rendah (550 fpm) kalor evaporator 2,429 kW dan kecepatan aliran udara tinggi (800 fpm) maka perubahan kalor kalor evaporator 2,699 kW. Kalor yang diserap pada evaporator dan kalor yang dikeluarkan pada kondensor berbanding terbalik. Hal ini dikarenakan kalor yang dilepaskan pada


IV-15

kondensor lebih banyak disebabkan adanya perubahan laju udara pendingin yang melawati sirip-sirip pemanas pada kondensor. Sehingga temperatur akan turun dan mengakibatkan nilai entalpi akan menurun juga. kalor evaporator adalah perkalian antara laju aliran massa refrigeran dengan efek refrigerasi. Semakin besar efek refrigerasi yang dihasilkan akan meningkatkan nilai kalor pada evaporator. IV.3.6. Analisis Pengaruh Perubahan Kecepatan Aliran Udara Kipas Pendingin pada Kondensor Terhadap Koefisien Prestasi (COP)

Gambar. 4.9 Grafik kecepatan aliran udara pada kondensor dan koefisien prestasi (COP)

Dari gambar grafik diatas terlihat bahwa koefisien prestasi yang rendah sebesar 4,128 pada kecepatan aliran udara yang rendah (550 fpm) dan tinggi pada 4,564 pada kecepatan aliran udara yang tinggi (800 fpm). Nilai dari COP sebanding dengan kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor,


IV-16

sebanding juga dengan efek refrigerasi dan berbanding terbalik dengan kerja kompresi dan beban pendingin. Pada kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor rendah, akan mengakibatkan temperatur kondensor tinggi dan diikuti dengan naiknya tekanan pada sisi masuk kondensor dan tekanan keluar kondensor. Sedangkan dengan kecepatan putaran kipas pendingin kondensor tinggi, akan mempercepat laju perpindahan kalor

pada

kondensor

sehingga

temperatur

kondensor kondensor

dan

tekanannya akan berkurang. Hal ini mengakibatkan nilai entalpi akan semakin rendah bila tekanan dan temperaturnya semakin rendah. Sehingga nilai dari efek refrigerasi akan semakin besar sedangkan kerja kompresi akan menurun. Inilah yang mengakibatkan koefisien prestasi (COP) mesin pengkondisian udara meningkat. Harga koefisien prestasi (COP) yang semakin besar menunjukan bahwa kerja mesin tersebut semakin baik. Koefisien prestasi yang tinggi akan memperkecil biaya operasional. Besarnya COP dipengaruhi oleh efek refrigerasi dan kerja kompresi. Kenaikan kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor mengakibatkan efek refrigerasi akan meningkat, sedangkan kerja kompresi mengalami penurunan.


IV.3.7. Grafik Gabungan

Gambar. 4.10 Grafik kecepatan aliran udara kondensor dan m ref dan RE

Gambar. 4.11 Grafik kecepatan aliran udara kondensor dan Qc dan Qe

IV-17

BAB V. Penutup

BAB V PENUTUP

V.1. Kesimpulan

Didalam hasil penelitian tugas akhir ini, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Semakin besar kecepatan aliran udara pada kondensor yang diberikan maka akan semakin besar pula COP yang dihasilkan mesin pengkondisian udara tersebut. kecepatan aliran udara 550 fpm COP = 4,128, kecepatan aliran udara 700 fpm COP = 4,359, kecepatan kecepat an aliran udara 800 fpm COP = 4,564. 2. Semakin besar kecepatan aliran udara pada kipas pendingin kondensor maka kalor refrigeran pada evaporator akan meningkat. kecepatan aliran udara 550 fpm Qe = 2,429 kW, kecepatan aliran udara 700 fpm Qe = 2,554 kW, dan kecepatan aliran udara 800 fpm Qe = 2,699kW. 3. Daya kompresor yang dihasilkan akan semakin menurun seiring dengan kenaikan kecepatan aliran udara pada kipas pendingin kondensor. kecepatan aliran udara 550 fpm Qw = 0,675 kW, kecepatan aliran udara 700 fpm Qw = 0,640 kW dan kecepatan kecepat an aliran udara 800 fpm = 0,559 kW. 4. Kenaikan kecepatan aliran udara pada kipas pendingin kondensor akan menyebabkan kenaikan efek refrigerasi. kecepatan aliran udara 550 fpm

V-1

BAB V. Penutup

V-2

RE = 118,91 kJ/kg, kecepatan aliran udara 700 fpm RE = 121,01 kJ/kg, dan kecepatan aliran udara 800 fpm RE = 122,11 kJ/kg. 5. Kecepatan aliran udara pada kipas pendingin kondensor yang semakin tinggi maka kalor refrigeran pada kondensor cenderung menurun. Kecepatan aliran udara pada kondensor 550 fpm Qc = 3,275 kW, Kecepatan aliran udara 700 fpm Qc = 3,095 kW, dan Kecepatan aliran udara 800 fpm Qc = 2,962 kW. V.2. Saran

Untuk mengetahui perubahan apa yang akan terjadi bila putaran kipas pendingin kondensor dinaikan terus menerus melebihi dari yang telah diteliti, maka diadakan penelitian yang lebih lanjut pada kecepatan aliran udara pada kondensor yang lebih tinggi. Menurut dugaan bahwa pada kondisi tertentu akan terjadi kejenuhan dimana COP akan bernilai sama untuk penambahkan kecepatan aliran udara tertentu. Bagi para pengguna mesin pengkondisian udara (AC) khususnya AC mobil disarankan harus bisa mengetahui berapa besarnya kecepatan aliran udara pada kipas pendingin kondensor yang digunakan d igunakan agar suhu pendinginan ruangan yang dihasilkan baik, dan juga penggunaan kipas pendingin kondensor harus sesuai dengan dimensi atau ukuran kondensor. Kondensor dengan ukuran yang besar harus menggunakan kipas pendingin yang besar juga, agar semua permukaan kondensor dapat didinginkan. didinginkan. Sehingga proses penukaran kalor dapat berjalan dengan baik dan kenyamanan kenyamanan pun dapat dirasakan lebih baik.

Sistem Pengkondisian Udara - UNSRI

Recommend Documents