ANALISIS PENGARUH PANJANG PIPA KAPILER TERHADAP...

ANALISIS PENGARUH PANJANG PIPA KAPILER

TERHADAP KARAKTERISTIK WATER CHILLER

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin

Oleh :

GIVRAN NOVENDREI

NIM : 165214053

PRORAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2020

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ANALYSIS INFLUENCE CAPILLARY PIPE LENGTH

TO CHARACTERISTICS ON AC WATER CHILLER

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By :

GIVRAN NOVENDREI

Student Number : 165214053

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2020


vii

ABSTRAK

Saat ini mesin pendingin udara sangat berperan penting bagi masyarakat.

Pada negara beriklim tropis mesin pendingin udara dapat digunakan untuk

mengkondisikan udara. Water chiller merupakan salah satunya yang dapat

digunakan untuk mengkondisikan suhu udara pada suatu ruangan. Tujuan dari

penelitian ini adalah : (a) merancang dan merakit water chiller yang bekerja

dengan siklus kompresi uap, (b) mengetahui karakteristik water chiller yang telah

dibuat : (1) nilai Win, (2) nilai Qin, (3) nilai Qout, (4) nilai COPaktual, (5) nilai

COPideal, (6) efisiensi, (7) laju aliran massa (ṁ).

Penelitian ini dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Teknik Mesin,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Dalam penelitian ini dirancang dan

dirakit water chiller dengan komponen-komponen utama yang tersusun atas :

kompresor berdaya ¾ PK, kondensor dengan pendingin udara, pipa kapiler, dan

evaporator jenis pipa bersirip. Refrigeran yang digunakan adalah R-22. Variasi

pada penelitian ini adalah panjang pipa kapiler, pipa kapiler yang digunakan yaitu

: 130 cm, 150 cm, dan 180 cm.

Dari hasil penelitian diperoleh : (a) mesin pendingin water chiller dapat

bekerja dengan baik, (b) Karakteristik yang dimiliki water chiller sebagai berikut :

(1) nilai Win tertinggi sebesar 48,20 kJ/kg pada panjang pipa kapiler 180 cm, (2)

nilai Qin tertinggi sebesar 136,60 kJ/kg pada panjang pipa kapiler 180 cm, (3) nilai

Qout tertinggi sebesar 184,80 kJ/kg pada panjang pipa kapiler 180 cm, (4) nilai

COPaktual tertinggi sebesar 2,83 kJ/kg pada panjang pipa kapiler 180 cm, (5) nilai

COPideal tertinggi sebesar 4,01 kJ/kg pada panjang pipa kapiler 180 cm, (6) nilai

efisiensi tertinggi sebesar 73,35 % pada panjang pipa kapiler 180, (7) laju aliran

massa refrigeran (ṁ) sebesar 0,00913 kg/s pada panjang pipa kapiler 180 cm.

Kata kunci : water chiller, siklus kompresi uap, pipa kapiler, refrigeran.


viii

ABSTRACT

At this time air conditioning machine is very important role for the

community. In tropical countries, air conditioning machines can be used to

condition the air. Water chiller is one of them that can be used to condition the air

temperature in a room. The purpose of this study is: (a) designing and assembling

a water chiller that works with a steam compression cycle, (b) knowing the

characteristics of the water chiller that has been made: (1) the Win value, (2) the

Qin value, (3) the Qout value, (4) COPactual value, (5) COPideal value, (6) efficiency,

(7) mass flow rate (ṁ).

This research was conducted experimentally at the Mechanical

Engineering Laboratory of Sanata Dharma University, Yogyakarta. In this study a

water chiller was designed and assembled with the main components composed

of: ¾ PK-powered compressor, air-cooled condenser, capillary pipe, and finned

pipe type evaporator. The refrigerant used is R-22. Variations in this study are the

length of capillary tubes, capillary pipes used are: 130 cm, 150 cm, and 180 cm.

From the research results obtained: (a) the water chiller cooling machine

can work well, (b) The characteristics of the water chiller are as follows: (1) the

highest Win value is 48,20 kJ/kg on capillary pipe length 180 cm, (2) the highest

Qin value is 136,60 kJ/kg on capillary pipe length 180 cm, (3) the highest Qout

value is 184,80 kJ/kg on capillary pipe length 180 cm, (4) highest COPactual value

of 2,83 kJ/kg on capillary pipe length 180 cm, (5) the highest COPideal value of

4,01 kJ/kg at capillary pipe length 180 cm, (6) the highest efficiency value of

73,35 % at capillary pipe length 180, (7) refrigerant mass flow rate (ṁ) of 0,00913

kg/s at 180 cm capillary pipe length.

Keywords : water chiller, vapor compression cycle, capillary pipes, refrigerant.


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

TITLE PAGE ........................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................................................. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................. vi

ABSTRAK ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ........................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xv

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xix

BAB 1 PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah................................................................................................. 2

1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................................. 3

1.4 Batasan Masalah ................................................................................................... 4


xii

1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................................ 5

1.6 Luaran Penelitian .................................................................................................. 5

BAB 2 DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ......................................... 6

2.1 Dasar Teori ............................................................................................................ 6

2.1.1 Prinsip Kerja Mesin ......................................................................... 6

2.1.2 Siklus Kompresi Uap ....................................................................... 7

2.1.2.1 Rangkaian Siklus Kompresi Uap ..................................................... 7

2.1.2.2 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h dan Diagram T-s ............. 8

2.1.2.3 Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap ........................................ 12

2.1.2.4 Komponen komponen Siklus Kompresi Uap ................................. 16

2.1.3 Psychrometric Chart ..................................................................... 26

2.1.3.1 Parameter-parameter Udara pada Psychrometric Chart ................ 26

2.1.3.2 Proses-proses yang terjadi pada Udara dalam

Psychrometric Chart ..................................................................... 29

2.1.3.3 Proses-proses Udara yang Terjadi pada Mesin Water Chiller

pada Psychrometric Chart ............................................................. 34

2.2 Tinjauan Pustaka ................................................................................................. 37

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN................................................................. 40

3.1 Objek Penelitian .................................................................................................. 40

3.2 Bahan, Komponen, Alat Ukur, dan Perakitan Mesin Water Chiller ........... 41


xiii

3.2.1 Bahan dan Alat-alat Bantu............................................................. 41

3.2.2 Komponen Mesin .......................................................................... 47

3.2.3 Alat Ukur ....................................................................................... 53

3.2.4 Perakitan Water Chiller ................................................................. 58

3.2.5 Proses Pengisian Refrigeran .......................................................... 59

3.3 Alur Penelitian .................................................................................................... 61

3.4 Metode Penelitian ............................................................................................... 62

3.5 Variasi Penelitian ................................................................................................ 62

3.6 Skematik Pengambilan Data ............................................................................. 62

3.7 Cara Pengambilan Data ..................................................................................... 64

3.8 Cara Mengolah Data ........................................................................................... 66

3.9 Cara Melakukan Pembahasan ........................................................................... 67

3.10 Cara Membuat Kesimpulan dan Saran .......................................................... 68

BAB 4 HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN .......... 69

4.1Hasil Penelitian .................................................................................................... 69

4.2 Perhitungan dan Pengolahan Data .................................................................... 71

4.2.1 Diagram P-h................................................................................... 71

4.2.2 Perhitungan pada Diagram P-h ...................................................... 73

4.2.3 Psychrometric Chart ..................................................................... 76

4.3 Pembahasan ......................................................................................................... 77


xiv

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 84

5.1 Kesimpulan .......................................................................................................... 84

5.2 Saran ..................................................................................................................... 85

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 87

LAMPIRAN ........................................................................................................... 88


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip Dasar Kerja Mesin Pendingin ................................................. 6

Gambar 2.2 Rangkaian Komponen Utama Siklus Kompresi Uap .......................... 8

Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h ............................................ 9

Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s............................................. 9

Gambar 2.5 Kompresor Open Type ...................................................................... 17

Gambar 2.6 Kompresor Sentrifugal ...................................................................... 18

Gambar 2.7 Kompresor Scroll .............................................................................. 18

Gambar 2.8 Kompresor Sekrup............................................................................. 19

Gambar 2.9 Kompresor Semi Hermetik................................................................ 20

Gambar 2.10 Kompresor Hermetik ....................................................................... 20

Gambar 2.11 Natural Draught Condensor ........................................................... 22

Gambar 2.12 Force Draught Condenser .............................................................. 22

Gambar 2.13 Evaporator Jenis Pipa dengan Sirip ................................................. 23

Gambar 2.14 Evaporator Jenis Pipa dengan Jari-jari Penguat .............................. 24

Gambar 2.15 Evaporator Jenis Plat ....................................................................... 24

Gambar 2.16 Pipa Kapiler ..................................................................................... 25

Gambar 2.17 Kipas................................................................................................ 25

Gambar 2.18 Filter Dryer ..................................................................................... 26

Gambar 2.19 Psychrometric Chart ....................................................................... 27

Gambar 2.20 Proses-proses yang Terjadi pada Udara Dalam



xvi

Gambar 2.21 Proses Cooling and Dehumidifying ................................................. 30

Gambar 2.22 Proses Sensible Heating .................................................................. 30

Gambar 2.23 Proses Evaporative Cooling ............................................................ 31

Gambar 2 24 Proses Sensible Cooling .................................................................. 32

Gambar 2.25 Proses Humidifying ......................................................................... 32

Gambar 2.26 Proses Dehumidifying ...................................................................... 33

Gambar 2.27 Proses Heating and Dehumidifying ................................................. 33

Gambar 2.28 Proses Heating and Humidifying .................................................... 34

Gambar 2.29 Proses Pengkondisian Udara dengan Mesin Water Chiller ............ 35

Gambar 2.30 Proses Pengkondisian Udara dengan Water Chiller pada


Gambar 3.1 Skematik Mesin Water Chiller .......................................................... 40

Gambar 3.2 Kayu dan Triplek ............................................................................... 42

Gambar 3.3 Besi L ................................................................................................ 42

Gambar 3.4 Paku ................................................................................................... 42

Gambar 3.5 Bak Penampung Air Dingin .............................................................. 44

Gambar 3.6 Refrigeran R-22 ................................................................................. 44

Gambar 3.7 Gergaji Besi dan Kayu ...................................................................... 45

Gambar 3.8 Tube Expander .................................................................................. 46

Gambar 3.9 Alat Las Hi Cook ............................................................................... 46

Gambar 3.10 Kompresor Rotary ........................................................................... 48

Gambar 3.11 Kondensor ....................................................................................... 48

Gambar 3.12 Evaporator 1 .................................................................................... 49


xvii

Gambar 3.13 Pipa Kapiler ..................................................................................... 50

Gambar 3.14 Evaporator 2 .................................................................................... 50

Gambar 3.15 Kipas................................................................................................ 52

Gambar 3.16 Pompa Air Submersible ................................................................... 53

Gambar 3.17 Termokopel dan Penampil Suhu Digital ......................................... 54

Gambar 3.18 Hygrometer...................................................................................... 54

Gambar 3.19 Stopwatch ........................................................................................ 55

Gambar 3.20 Pressure Gauge ............................................................................... 55

Gambar 3.21 Tang Ampere ................................................................................... 56

Gambar 3.22 Gelas Ukur....................................................................................... 56

Gambar 3.23 Tachometer ...................................................................................... 57

Gambar 3.24 Anemometer ..................................................................................... 57

Gambar 3.25 Skema Alur Penelitian ..................................................................... 61

Gambar 3.26 Posisi Ulat Ukur .............................................................................. 62

Gambar 4.1 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h R22 Untuk Panjang

Pipa Kapiler 180 cm ........................................................................ 72

Gambar 4.2 Pengkondisian Udara dengan Water Chiller pada

Psychrometric Chart untuk Panjang Pipa Kapiler 180 cm .............. 76

Gambar 4.3 Perbandingan Nilai Win untuk Tiga Variasi ...................................... 77

Gambar 4.4 Perbandingan Nilai Qin untuk Tiga Variasi ....................................... 78

Gambar 4.5 Perbandingan Nilai Qout untuk Tiga Variasi ..................................... 79

Gambar 4.6 Perbandingan Nilai COPaktual untuk Tiga Variasi ............................. 80

Gambar 4.7 Perbandingan Nilai COPideal untuk Tiga Variasi .............................. 81


xviii

Gambar 4.8 Perbandingan Nilai η untuk Tiga Variasi ......................................... 82

Gambar 4.9 Perbandingan Nilai ṁ untuk Tiga Variasi ......................................... 82

Gambar L.1 Water Chiller Tampak Depan ........................................................... 88

Gambar L.2 Water Chiller Tampak Samping ....................................................... 88

Gambar L.3 Diagram P-h pada variasi panjang pipa kapiler 130 cm ................... 89

Gambar L.4 Diagram P-h pada variasi panjang pipa kapiler 150 cm ................... 89

Gambar L.5 Psychrometric Chart pada variasi panjang pipa kapiler 130 cm ...... 89

Gambar L.6 Psychrometric Chart pada variasi panjang pipa kapiler 150 cm ...... 89


file:///D:/WORK/SMT8/Skripsi/ANALISIS%20PENGARUH%20PANJANG%20PIPA%20KAPILER%20giv.docx%23_Toc45967198file:///D:/WORK/SMT8/Skripsi/ANALISIS%20PENGARUH%20PANJANG%20PIPA%20KAPILER%20giv.docx%23_Toc45967199file:///D:/WORK/SMT8/Skripsi/ANALISIS%20PENGARUH%20PANJANG%20PIPA%20KAPILER%20giv.docx%23_Toc45967200file:///D:/WORK/SMT8/Skripsi/ANALISIS%20PENGARUH%20PANJANG%20PIPA%20KAPILER%20giv.docx%23_Toc45967201

xix

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Variasi Panjang Pipa Kapiler. ............................................................... 62

Tabel 3.2 Tabel Pengambilan Data ....................................................................... 67

Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian dengan Panjang Pipa Kapiler 130 cm ................ 70

Tabel 4.2 Data Hasil Penelitian dengan Panjang Pipa Kapiler 150 cm ............... 70

Tabel 4.3 Data Hasil Penelitian dengan Panjang Pipa Kapiler 180 cm ................ 70

Tabel 4.4 Besar Nilai Temperatur Kerja Evaporator

(Tevap) dan Kondensor (Tkond) ............................................................... 72

Tabel 4.5 Besar Nilai Entalpi (h) Berdasarkan Tabel Thermodynamic

Properties of Freon – 22 Refrigerant ................................................... 72

Tabel 4.6 Karakteristik Water Chiller ................................................................... 75


1

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada iklim tropis tingkat kelembapan dan suhu udara relatif tinggi

khususnya pada daerah dataran rendah. Seiring berkembangnya teknologi

manusia berusaha untuk menciptakan kondisi udara yang nyaman dalam

kehidupan sehari-hari. Salah satunya dengan menggunakan mesin pendingin

untuk mengkondisikan udara. Sistem pengkondisian udara menciptakan suasana

nyaman bagi orang yang berada dalam suatu ruangan. Mesin pendingin yang

digunakan untuk mengkondisikan udara adalah AC dan Water chiller.

AC dan Water chiller memiliki peran yang sama halnya dengan mesin

pendingin yaitu untuk memindahkan kalor dari dalam ruangan keluar ruangan

dengan suatu medium perantara. Mesin water chiller berbeda dengan AC split

yang biasa terdapat pada satu ruangan. Water chiller bekerja dengan dua siklus

yaitu siklus primer dan siklus sekunder. Pada siklus primer yang bertindak sebagai

fluida kerja adalah refrigeran primer, sedangkan untuk siklus sekunder yang

bertindak sebagai fluida kerja adalah refrigeran sekunder berupa air yang

didinginkan. Pada sistem pengkondisian udara sentral dengan mempergunakan

mesin water chiller, pengkondisian udaranya dilakukan oleh Fan Coil Unit (FCU)

dan Air Handling Unit (AHU).


2

Water chiller memiliki kelebihan dibandingkan dengan AC split. Water

chiller mampu dipergunakan untuk sistem pengkondisian udara sentral dengan

beban pendinginan yang sangat besar, diatas 10 ton refrigerator (TR) sedangkan

AC split hanya dipergunakan untuk beban pendinginan yang kecil (paling besar

4500 Btu/jam). Sistem pengkondisian udara sentral mampu, mengkondisikan

udara dengan banyak ruang. Namun water chiller juga memiliki kekurangan, bila

salah satu komponen utama dari chiller mengalami kendala atau kerusakan maka

banyak ruangan yang tidak dapat terkondisikan udaranya. Sistem pengkondisian

udara dengan chiller biasa dipergunakan untuk bangunan – bangunan besar seperti

: mall, rumah sakit, hotel, gedung bertingkat, gedung olahraga, gedung bioskop,

bank, industri, dan lain-lain.

Dengan kondisi yang seperti ini sistem pengkondisian udara sentral sangat

penting dan sangat dibutuhkan. Kebutuhan masyarakat akan pengkondisian udara

memiliki peran penting untuk menunjang aktivitas masyarakat, maka dari itu

penulis berkeinginan untuk mempelajari, memahami, dan mengenal kerja mesin

pendingin untuk pengkondisian udara dengan cara membuat model mesin water

chiller dengan daya ¾ PK. Diharapkan penulis juga dapat mengetahui

karakteristik dan dapat memahami sistem kerja water chiller yang telah dibuat.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dinyatakan sebagai berikut :

a. Bagaimanakah merancang dan merakit water chiller menggunakan sistem


3

kompresi uap untuk mendinginkan air yang dipergunakan dalam sistem

pengkondisian udara ?

b. Bagaimana karakteristik mesin water chiller yang dipergunakan untuk

sistem pengkondisian udara tersebut dengan variasi panjang pipa kapiler?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian mesin water chiller adalah :

a. Merancang dan merakit water chiller yang digunakan untuk mendinginkan

air yang dipergunakan untuk sistem pengkondisian udara dengan

menggunakan sistem kompresi uap.

b. Mengetahui karakteristik water chiller yang dipergunakan untuk sistem

pengkondisian udara, meliputi :

1. Menghitung kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win).

2. Menghitung kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran

(Qin).

3. Menghitung kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran

(Qout).

4. Menghitung COPaktual yang dicapai oleh mesin siklus kompresi uap

pada water chiller.

5. Menghitung COPideal yang dicapai oleh mesin siklus kompresi uap pada

water chiller.

6. Menghitung efisiensi (η) yang dicapai oleh mesin siklus kompresi uap

pada water chiller.


4

7. Menghitung laju aliran massa refrigeran primer yang mengalir pada

water chiller (ṁ) dari aliran massa refrigeran sekunder.

1.4 Batasan Masalah

Batasan – batasan dalam perancangan mesin ini adalah :

a. Mesin water chiller bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap

dengan sumber energi listrik. Komponen utama mesin siklus kompresi uap

meliputi : kompresor, evaporator, pipa kapiler, dan kondensor.

b. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar ¾ PK.

c. Ukuran komponen utama yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya

kompresor.

d. Refrigeran primer yang digunakan pada water chiller adalah R-22.

e. Pipa kapiler yang digunakan memiliki panjang : 130 cm, 150 cm, dan 180

cm dengan diameter 0,54 mm yang terbuat dari tembaga.

f. Kondensor yang digunakan berjenis pipa bersirip dengan kipas kondensor

yang memiliki 5 sudu, daya 30 watt.

g. Evaporator yang dipergunakan berjenis pipa bersirip, dengan kipas

evaporator berdiameter 20 inch, memiliki 3 kecepatan putar, dengan daya

60 watt.

h. Menggunakan kipas udara balik berdiameter 6 inch, memiliki 2 kecepatan

putar, dengan daya 20 watt.

i. Pipa yang dipergunakan untuk sirkulasi input air berdiameter 1 inch dan

output berukuran ½ inch.


5

j. Pompa sirkulasi air yang dipakai memiliki jenis submersible dengan debit

maksimal 2000 liter/jam, 38 W/220V, Freq 50Hz.

k. Menggunakan bak tampung air bervolume 37 liter.

l. Ukuran ruang yang dikondisikan udaranya : 1,2 m x 0,7 m x 1,3 m.

m. Refrigeran sekunder yang dipergunakan adalah air.

n. Pengkondisian udara menggunakan udara segar.

o. Perhitungan pada mesin water chiller ini berdasarkan pada kondisi ideal

kerja siklus kompresi uap, dan tidak ada proses pendinginan lanjut serta

pemanasan lanjut.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Hasil penelitian dapat menjadi referensi bagi peneliti lain yang melakukan

penelitian tentang water chiller.

b. Dapat menambah wawasan ilmu pengetahuan tentang mesin pendingin

siklus kompresi uap khususnya tentang water chiller.

c. Hasil penelitian dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan yang dapat

ditempatkan di perpustakaan.

1.6 Luaran Penelitian

Dihasilkan model water chiller yang dapat membantu proses pemahaman

bagaimana cara kerja water chiller.


6

BAB 2 DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Prinsip Kerja Mesin

Mesin pendingin adalah alat yang berfungsi untuk memindahkan kalor

dari dalam ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor dari lingkungan bersuhu

rendah kemudian memindahkanya ke lingkungan yang bersuhu tinggi. Mesin

pendingin yang mempergunakan siklus kompresi uap mempunyai komponen

utama yaitu : kompresor, evaporator, kondensor, dan katup ekspansi atau pipa

kapiler. Fluida yang dipergunakan pada siklus kompresi uap dinamakan dengan

refrigeran. Gambar 2.1 menunjukkan prinsip dasar kerja mesin pendingin siklus

kompresi uap.

Gambar 2.1 Prinsip dasar kerja mesin pendingin

Mesin Pendingin

Qout

Qin

Win

Lingkungan bersuhu tinggi

Lingkungan bersuhu rendah


7

Pada Gambar 2.1, Qin adalah besarnya kalor yang diserap mesin pendingin

dari lingkungan bersuhu rendah. Qout adalah besarnya kalor yang dilepas mesin

pendingin ke lingkungan bersuhu tinggi. Win adalah besarnya kerja yang

dilakukan mesin pendingin untuk memindahkan kalor. Pada proses ini Qout = Qin +

Win.

Mesin pendingin telah digunakan dalam banyak hal. Diantaranya sebagai

pengawet bahan makanan (kulkas, freezer, cold storage, dll), pendingin minuman

(show case, kulkas, dll), pengkondisian udara ruangan (air conditioner, water

chiller, dll) dan pembuat es (ice maker). Dengan berkembangnya informasi dan

teknologi sekarang ini, manusia telah merasakan dampak positif dari teknologi

mesin pendingin. Hasil yang dirasakan saat ini dengan adanya mesin pendingin

udara ini lebih memudahkan penggunanya dalam mendukung aktifitas sehari-hari

maka dari itu perkembangan mesin pendingin dari tahun ke tahun akan selalu

berkembang baik dari segi kegunaan hal-hal yang meliputi pendinginan lainya.

2.1.2 Siklus Kompresi Uap

2.1.2.1 Rangkaian Siklus Kompresi Uap

Rangkaian komponen utama pada siklus kompresi uap dapat dilihat pada

Gambar 2.2. Komponen utama pada siklus kompresi uap meliputi : kompresor

(compressor), kondensor (condenser), pipa kapiler (expansion valve), dan

evaporator. Komponen tambahan berupa filter dryer, yang merupakan alat

penyaring refrigeran. Fluida kerja yang di pergunakan adalah refrigeran.


8

Gambar 2.2 Rangkaian komponen utama siklus kompresi uap

Aliran refrigeran berlangsung dari kompresor menuju kondensor, dari

kondensor menuju pipa kapiler, dari pipa kapiler menuju evaporator dan dari

evaporator kembali menuju kompresor. Pada Gambar 2.2, Qin adalah besarnya

kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran. Qout adalah besarnya

kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dan Win adalah kerja

kompresor persatuan massa refrigeran. Besarnya Qout adalah penjumlahan dari

besarnya Qin dengan besarnya Win.

2.1.2.2 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h dan Diagram T-s

Siklus kompresi uap bila digambarkan pada diagram P-h dan diagram T-s

seperti terlihat pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4. Proses – proses yang terjadi


9

3

1

2

4 1a

2a 3a

T

S

Qout

Win

Qin

Tem

per

atur

Entropi

Te

Tc

T2

P2

P1

3

1

2

4

1a

2a

3a

P

h h3= h4 h1 h2

Tek

anan

Entalpi

Win

Qin

Qout

Tc

Tc

pada siklus kompresi uap adalah (a) proses kompresi, (b) proses desuperheating,

(c) proses kondensasi, (d) proses pendinginan lanjut, (e) proses penurunan

tekanan, (f) proses evaporasi atau pendidihan refrigeran, dan (g) proses

pemanasan lanjut.

Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada Diagram P-h

Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada Diagram T-s


10

a. Proses Kompresi (1 - 2)

Proses kompresi dilakukan oleh kompresor terjadi pada tahap 1 – 2 (lihat

Gambar 2.3 dan Gambar 2.4) dan berlangsung secara isentropik adiabatik

(isoentropi atau entropi konstan). Kondisi awal refrigeran pada saat masuk ke

dalam kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah, setelah mengalami

kompresi refrigeran akan menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi. Karena

proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun

meningkat.

b. Proses Desuperheating (proses 2 - 2a)

Proses penurunan suhu dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi

pada tahap 2 – 2a (lihat Gambar 2.3 dan Gambar 2.4). Proses ini juga dinamakan

desuperheating. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal

ini disebabkan adanya kalor yang mengalir dari refrigeran ke lingkungan karena

suhu refrigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.

c. Proses Kondensasi (2a - 3a)

Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-3a (lihat Gambar 2.3 dan Gambar

2.4) berlangsung di dalam kondensor. Pada proses ini gas jenuh mengalami

perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada suhu dan tekanan

tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari kondensor ke lingkungan karena

suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara lingkungan.

d. Proses Pendinginan Lanjut (3a - 3)

Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 3a – 3 (lihat Gambar 2.3 dan


11

Gambar 2.4). Proses pendinginan lanjut merupakan proses penurunan suhu

refrigeran dari keadaan refrigeran cair. Proses ini berlangsung pada tekanan

konstan. Proses ini diperlukan agar kondisi refrigeran yang keluar dari kondensor

benar – benar berada dalam fase cair, untuk memudahkan mengalirnya refrigeran

di dalam pipa kapiler. Selain itu juga menaikkan COP mesin.

e. Proses Penurunan Tekanan (3 - 4)

Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3–4 berlangsung di pipa

kapiler secara isoentalpi (entalpi sama) (lihat Gambar 2.3 dan Gambar 2.4).

Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke komponen pipa kapiler dan

mengalami penurunan tekanan dan suhu. Sehingga suhu dari refrigeran lebih

rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fase refrigeran berubah dari

cair menjadi fase campuran cair dan gas.

f. Proses Penguapan Refrigeran (4 - 1a)

Proses evaporasi terjadi pada tahap 4 – 1a (lihat Gambar 2.3 dan Gambar

2.4). Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar (tekanan sama) dan

isotermal (suhu sama). Dalam fase campuran cair dan gas, refrigeran yang

mengalir ke evaporator menerima kalor dari lingkungan, sehingga akan mengubah

seluruh fase refrigeran dari fase campuran cair dan gas menjadi gas jenuh.

g. Proses Pemanasan Lanjut (1a – 1)

Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 1a – 1. Proses ini merupakan

proses dimana uap refrigeran yang meninggalkan evaporator akan mengalami

pemanasan lanjut sebelum memasuki kompresor. Hal ini dimaksudkan agar


12

kondisi refrigeran benar-benar dalam keadaan gas agar proses kompresi dapat

berjalan dengan baik dan kerja kompresor menjadi ringan. Selain itu juga

berfungsi untuk menaikkan COP mesin siklus kompresi uap.

2.1.2.3 Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap

Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk

menganalisa unjuk kerja mesin pendingin kompresi uap yang meliputi kerja

kompresor (Win), energi yang dilepas kondensor (Qout), energi yang diserap

evaporator (Qin), COPaktual, COPideal, efisiensi (ɳ) dan laju aliran massa refrigeran

(ṁ).

a. Kerja Kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi

dari titik dari 1 ke titik 2 (lihat Gambar 2.3 dan Gambar 2.4). Dapat dihitung

menggunakan Persamaan (2.1).

Win = h2-h1 (2.1)

Pada Persamaan (2.1) :

Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).

h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg).

h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg).

b. Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)

Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)

merupakan perubahan entalpi pada proses 4-1 (lihat Gambar 2.3 dan Gambar 2.4).


13

Perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).

Qin = h1-h4 (2.2)


Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran

(kJ/kg).

h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai

entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg).

h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai

entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Nilai h4= h3 (kJ/kg).

c. Energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan masa refrigeran (Qout)

Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor persatuan massa refrigeran

merupakan perubahan entalpi pada proses 2-3 (lihat Gambar 2.3 dan Gambar 2.4).

Perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3).

Qout = h2-h3 (2.3)


Qout : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigerant

(kJ/kg)

h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).

h3 : nilai entalpi refrigeran keluar kondensor atau masuk pipa kapiler

(kJ/kg)


14

d. Koefisien prestasi aktual / Actual Coefficient of Performance (COPaktual)

Koefisien prestasi aktual siklus kompresi uap standar adalah perbandingan

antara kalor yang diserap evaporator dengan kerja yang yang diberikan

kompresor. Dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).

COPaktual = 𝑄𝑖𝑛

𝑊𝑖𝑛=

ℎ1−ℎ4

ℎ2−ℎ1 (2.4)


Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa

refrigeran (kJ/kg).

Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg).

h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan

entalpi refrigeran pada saat masuk kompresor (kJ/kg).

h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).

h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama

dengan

nilai entalpi refrigeran saat keluar dari pipa kapiler.

Nilai h4= h3 (kJ/kg).

e. Koefisien prestasi ideal / Ideal Coefficient of Performance (COPideal)

Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung

dengan Persamaan (2.5).

COPideal = 𝑇 𝑒𝑣𝑎𝑝

𝑇 𝑐𝑜𝑛𝑑−𝑇 𝑒𝑣𝑎𝑝 (2.5)


COPideal : koefisien prestasi ideal


15

Tcond : suhu kerja mutlak kondensor (K).

Tevap : suhu kerja mutlak evaporator (K).

f. Efisiensi dari mesin kompresi uap (η)

Efisiensi mesin kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.6) :

η = 𝐶𝑂𝑃 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙

𝐶𝑂𝑃 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑥 100% (2.6)


COPactual : koefisien prestasi aktual mesin kompresi uap.

COPideal : koefisien prestasi ideal mesin kompresi uap.

g. Laju aliran massa refrigeran (ṁ)

Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.7).

ṁ = 𝑉𝑥𝐼

𝑊 𝑖𝑛 𝑥 1000 (2.7)


ṁ : laju aliran masa refrigeran (kg/s).

I : arus listrik (A).

V : voltage (volt).

Win : kerja yang dilakukan kompresor (kJ/kg).

h. Daya Kompresor (P)

Daya kompresor dapat dihitung dengan mempergunakan Persamaan (2.8).

P = V x I (2.8)



16

P : daya kompresor (J/det).

V : tegangan listrik (Volt).

I : arus listrik pada kompresor (A).

2.1.2.4 Komponen komponen Siklus Kompresi Uap

Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri dari

kompresor, kondensor, evaporator dan pipa kapiler. Komponen tambahan mesin

siklus kompresi uap terdiri dari kipas, dan filter dryer

a. Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang

berfungsi untuk meningkatkan tekanan dan mensirkulasikan refrigeran pada fase

uap yang mengalir dalam unit mesin pendingin. Dari cara kerja mensirkulasikan

refrigeran, kompresor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu : (1)

Kompresor Open Unit (2) Komponen Sentrifugal (3) Kompresor Scroll (4)

Kompresor Sekrup (5) Kompresor Semi Hermetik (6) Kompresor Hermetik

1. Kompresor Open Unit (open type compresor)

Pada jenis kompresor ini letak kompresor terpisah dari tenaga

penggeraknya. Masing-masing bergerak sendiri dalam keadaan terpisah. Tenaga

penggerak kompresor umumnya motor listrik, turbin ataupun engine. Karena

antara penggerak eksternal dengan bagian pengkompresinya tidak satu rumah

(tidak bersatu), sehingga diperlukan belt (flexible coupling) sebagai penyambung

penggerak ke kompresor shaft. Kompresor ini perlu menggunakan seal untuk


17

mencegah kebocoran yang sering terjadi pada poros yang keluar dari houing

kompresor jika tekanan didalam crankcase lebih rendah dibandingkan tekanan

atmosfer. Pendingin motor menggunakan udara luar sehingga perlu adanya

ventilasi untuk membuang kalor dari motor. Kompresor ini memiliki keuntungan

bila salah satu komponen mengalami kerusakan, maka bisa diganti tanpa

membongkar sistemnya.

Gambar 2.5 Kompresor open type

(Sumber : https://www.gea.com)

2. Kompresor Sentrifugal

Prinsip dari kompresor sentrifugal adalah menggunakan gaya sentrifugal

untuk mendapatkan energi kinetik pada impeller sudu dan energi kinetik ini

diubah menjadi tekanan potensial. Tekanan dan kecepatan uap yang rendah dari

saluran sunction dihisap kedalam lubang masuk atau mata roda impeller oleh aksi

dari shaft rotor, dan kemudian diarahkan dari ujung-ujung pisau ke rumah

kompresor untuk diubah menjadi tekanan yang bertambah.


https://www.gea.com/

18

Gambar 2.6 Kompresor sentrifugal

(Sumber : https://semestapikiranku.wordpress.com)

3. Kompresor scroll

Prinsip kerja dari kompresor scroll adalah menggunakan dua buah scroll

(pusaran). Satu scroll dipasang tetap dan salah satu scroll lainnya berputar pada

orbit. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran hisap oleh scroll dan

dikeluarkan melalui saluran tekan yang letaknya pada pusat orbit dari scroll

tersebut.

Gambar 2.7 Kompresor scroll

(Sumber : http://sumber-mandiri.blogspot.com)


https://semestapikiranku.wordpress.com/http://sumber-mandiri.blogspot.com/

19

4. Kompresor Sekrup

Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor dan meninggalkan

kompresor dari ujung yang lain. Pada posisi langkah hisap terbentuk ruang hampa

sehingga uap mengalir kedalam. Nilai putaran terus berlanjut, refrigeran yang

terkurung digerakan mengelilingi rumah kompresor. Pada putaran selanjutnya

terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga

memperkecil volume rongga dan menekan refrigeran tersebut keluar melalui

saluran buang.

Gambar 2.8 Kompresor sekrup

(Sumber : http://screwcompressor.blogspot.com)

5. Kompresor Semi Hermetik

Pada kontruksi semi hermetik bagian poros engkol dari kompresor menjadi

satu dengan motor listrik, sehingga beberapa kerugian mekanis dapat dieliminasi.

Dengan demikian penggunaan seal pencegah kebocoran refrigeran pada

kompresor cenderung berkurang, namun harus diperhatikan agar dipergunakan

isolator listrik pada motor listrik sebai baiknya, dan juga harus menggunakan

refrigeran yang mempunyai sifat sebagai isolator. Pada kompresor semi-

hermentik bagian-bagian penutup dan penyambungannya masih dapat dibuka.


http://screwcompressor.blogspot.com/

20

Gambar 2.9 Kompresor semi hermetik

(Sumber : https://www.indotrading.com)

6. Kompresor Hermetik

Pada dasarnya, kompresor hermetik hampir sama dengan semi-hermetik,

perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja) kompresor

dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetik dipergunakan

sambungan las sehingga rapat udara. Pada kompresor semi-hermetik dengan rumah

terbuat dari besi tuang, bagian-bagian penutup dan penyambungnya masih dapat

dibuka. Sebaliknya dengan kompresor hermetik, rumah kompresor dibuat dari baja

dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor listriknya tak dapat

diperiksa tanpa memotong rumah kompresor.

Gambar 2.10 Kompresor hermetik

(Sumber : http://ozkansogutma.com)


https://www.indotrading.com/http://ozkansogutma.com/

21

b. Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas refrigeran

pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor yang banyak

digunakan pada teknologi saat ini adalah kondensor dengan pendingin udara.

Kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak memerlukan

perawatan khusus. Agar proses perubahan wujud yang diinginkan dapat terjadi,

maka kalor atau panas yang ada dalam gas refrigeran yang bertekanan tinggi harus

dibuang keluar dari sistem. Kondensor mempunyai fungsi untuk melepaskan

panas yang diserap refrigeran di evaporator dan kerja kompresor selama proses

kompresi. Dilihat dari sisi media yang digunakan kondensor dapat dibedakan 2

macam yaitu :

1. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)

Air cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan udara sebagai

media pendingin. Air cooled condenser mempunyai dua tipe yaitu : (1) Natural

Draught Condenser (2) Force draught condenser.

a. Natural Draught Condenser

Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi

bebas atau konveksi alami. Aliran udara berlangsung karenanya adanya beda

massa jenis. Pada proses ini ada peralatan tambahan yang dipergunakan untuk

menggerakan aliran udara. Kondensor jenis ini dapat ditemui pada kondensor

kulkas satu pintu, show case, chest freezer maupun frezeer.


22

Gambar 2.11 Natural draught condensor

(Sumber : https://tommyji.com)

b. Force Draught Condenser

Pada tipe ini proses perpindahan kalornya berlangsung secara konveksi

paksa. Aliran udara berlangsung karena adanya kipas udara atau blower. Jenis ini

ditemui pada mesin kulkas dua pintu maupun pada mesin AC.

Gambar 2.12 Force draught condenser

(Sumber : https://lmr.com/item/LRS-19712E/Mustang-AC-Condenser)

2. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)

Water cooled condenser adalah kondensor yang menggunakan air sebagai

media pendinginnya. Menurut proses aliran yang ada pada kondensor ini terbagi

menjadi dua jenis yaitu :

a. Waste Water System

Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan


https://tommyji.com/https://lmr.com/item/LRS-19712E/Mustang-AC-Condenser

23

kondensor, diambil dari pusat-pusat air kemudian dialirkan melewati kondensor

setelah itu air dibuang keluar dan tidak dipergunakan lagi.

b. Recirculating Water System

Suatu sistem dimana air yang dipergunakan untuk mendinginkan

kondensor dan telah meninggalkan kondensor disalurkan ke dalam cooling tower,

untuk diturunkan temperaturnya sesuai pada temperatur yang dikehendaki.

Selanjutnya air dipergunakan lagi dan dialirkan kembali ke kondensor.

c. Evaporator

Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau

dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan

energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan sekitar evaporator. Hal

tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur

sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan

refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai

jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin siklus kompresi uap adalah

jenis pipa dengan sirip, pipa-pipa dengan jari-jari penguat dan jenis plat.

Gambar 2.13 Evaporator jenis pipa dengan sirip

(Sumber : https://listado.mercadolibre.com.mx/serpentin-para-refrigerador-daewoo)


24

Gambar 2.14 Evaporator jenis pipa dengan jari-jari penguat

(Sumber : https://encrypted-tbn0.gstatic.com)

Gambar 2.15 Evaporator jenis plat

(Sumber : http://www.chinacooling.cn)

d. Pipa kapiler

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan serta suhu refrigeran

pada siklus kompresi uap yang ditempatkan antara sisi tekanan tinggi dan sisi

tekanan rendah. Penggunaan pipa kapiler pada mesin siklus kompresi uap

mempermudah kerja kompresor pada waktu start, karena tekanan kondensor dan

evaporator sama.


https://encrypted-tbn0.gstatic.com/http://www.chinacooling.cn/

25

Gambar 2.16 Pipa kapiler

(Sumber : https://docplayer.info/66691657-Chest-freezer-dengan-daya-kompresor-1-

5-pk-dan-panjang-pipa-kapiler-150-cm-skripsi.html)

e. Kipas

Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling atau sudu-sudu. Kipas

ini berfungsi untuk mengalirkan udara melewati kondensor. Udara yang

dihembuskan oleh kipas akan mempercepat proses perpindahan kalor.

Gambar 2.17 Kipas

(Sumber : https://tornadofan.co.id/products/tornado-industrial-floor-fan)

f. Filter Dryer

Filter Dryer merupakan tabung penyimpan refrigeran cair yang

didalamnya terdapat fiber dan desiccant (bahan pengering) yang berfungsi untuk

menyaring benda-benda asing dan uap air dari sirkulasi refrigeran. Filter dryer

pada pemasanganya diletakan setelah kondensor.


https://docplayer.info/66691657-Chest-freezer-dengan-daya-kompresor-1-https://tornadofan.co.id/products/tornado-industrial-floor-fan

26

Gambar 2.18 Filter dryer

(Sumber : https://www.smartclima.com/copper-filter-dryer.htm)

2.1.3 Psychrometric Chart

Psychrometric chart merupakan grafik termodinamis udara yang

digunakan untuk menentukan properti-properti dari udara pada kondisi tertentu.

Dengan psychrometric chart dapat diketahui hubungan antara berbagai parameter

udara secara cepat dan cukup presisi. Untuk mengetahui nilai dari properti-

properti ( Tdb, Twb, W, RH, H, SpV ) bisa dilakukan apabila minimal dua buah

parameter tersebut sudah diketahui.

2.1.3.1 Parameter-parameter Udara pada Psychrometric Chart

Parameter-parameter udara psychrometric chart meliputi : (a) dry-bulb

temperature (Tdb), (b) wet-bulb temperature (Twb), (c) dew-point temperature

(Tdp), (d) specific humidity (W),(e) relative humidity (% RH), (f) enthalpy (H) dan

(g) volume spesific (SpV). Contoh psychrometric chart disajikan pada Gambar

2.19.


https://www.smartclima.com/copper-filter-dryer.htm

27

Gambar 2.19 Psychrometric chart

(Sumber : http://www.ref-wiki.com/img_article/163e.jpg)

a. Dry-bulb Temperature (Tdb)

Dry-bulb temperature adalah suhu udara pada keadaan kering yang

diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb

tidak basah (tidak diselimuti kain basah). Tdb diposisikan sebagai garis vertikal

yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terdapat di bagian bawah

psychrometric chart.

b. Wet-bulb Temperature (Twb)

Wet-bulb temperature adalah suhu udara pada keadaan basah yang

diperoleh melalui pengukuran menggunakan termometer dengan kondisi bulb

dalam kondisi basah (diselimuti kain basah). Twb diposisikan sebagai garis miring

ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian kanan



http://www.ref-wiki.com/img_article/163e.jpg

28

c. Dew-point Temperature (Tdp)

Dew-point temperature adalah suhu dimana udara mulai menunjukkan

terjadinya pengembunan ketika udara didinginkan/diturunkan suhunya dan

menyebabkan adanya perubahan kandungan uap air di udara. Tdp ditandai

sepanjang titik saturasi.

d. Specific Humidity (W)

Specific humidity adalah jumlah uap air yang terkandung di udara dalam

setiap kilogram udara kering (kg air/kg udara kering). Pada psychrometric chart

W diposisikan pada garis sumbu vertikal yang berada di samping kanan


e. Relative Humidity (%RH)

Relative humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung dalam

1kg udara kering dengan jumlah air maksimum yang dapat terkandung dalam 1kg

udara kering dalam bentuk persentase.

f. Enthalpy (H)

Enthalpy adalah jumlah energi kalor panas total yang terkandung dalam

campuran udara dan uap air persatuan massa.

g. Volume Spesific (SpV)

Volume Spesific adalah volume dari udara campuran dengan satuan meter

kubik persatuan kilogram udara kering.


29

2.1.3.2 Proses-proses yang terjadi pada Udara dalam Psychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart adalah

sebagai berikut (a) proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and

dehumidifying), (b) proses pemanasan sensibel (sensible heating), (c) proses

pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative cooling), (d) proses

pendinginan sensibel (sensible cooling), (e) proses humidifying, (f) proses

dehumidifying, (g) proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and

dehumidifying), (h) proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and

humidifying). Proses-proses ini dapat dilihat seperti pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart (Sumber : https://sustainabilityworkshop.autodesk.com /psycrometric_porcess.jpg)

a. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and

dehumidifying)

Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and

dehumidifying) adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten

ke udara. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur pada bola kering,

temperatur, bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur, titik embun, dan


30

kelembapan spesifik. Sedangkan kelembapan relatif dapat mengalami peningkatan

dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya. Gambar 2.21

menyajikan proses pendinginan dan penurunan kelembapan spesifik.

Gambar 2.21 Proses cooling and dehumidifying

b. Proses pemanasan sensibel (sensible heating)

Proses pemanasan (sensible heating) adalah proses penambahan kalor

sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola

kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur

titik embun dan kelembapan spesifik tetap konstan. Namun kelembapan relatif

mengalami penurunan. Gambar 2.22 menyajikan proses sensible heating pada


Gambar 2.22 Proses sensible heating

2

1

2

1

W1=W2


31

c. Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative cooling)

Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative cooling)

berfungsi menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara.

Proses ini menyebabkan perubahan temperatur bola kering, temperatur bola basah

dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik

embun, kelembapan relatif dan kelembapan spesifik. Gambar 2.23 menyajikan

proses pendinginan dan menaikan kelembapan pada psychrometric chart.

Gambar 2.23 Proses evaporative cooling

d. Proses pendinginan sensibel (sensible cooling)

Proses pendinginan (sensible cooling) adalah pengambilan kalor sensibel

dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses ini,

terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik

namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Pada kelembapan spesifik dan

suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Gambar 2.24 menyajikan

proses sensible cooling pada psychrometric chart.

1

2


32

Gambar 2 24 Proses sensible cooling

e. Proses humidifying

Proses humidifying merupakan penambahan kandungan uap air ke udara

tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola

basah, titik embun dan kelembapan spesifik. Gambar 2.25 menyajikan proses

humidifiying pada psychrometric chart.

Gambar 2.25 Proses humidifying

f. Proses dehumidifying

Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap air

pada udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi,

suhu bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik.

W1=W2

1

2

1

2

Tdb1 = Tdb2


33

Gambar 2.26 Proses dehumidifying

g. Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying)

Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and

dehumidifying) berfungsi untuk menaikkan suhu bola kering dan menurunkan

kandungan uap air pada udara. Gambar 2.27 menyajikan proses heating and

dehumidifying Pada proses ini terjadi penurunan kelembapan spesifik, entalpi,

suhu bola basah dan kelembapan relatif tetapi terjadi peningkatan suhu bola

kering.

Gambar 2.27 Proses heating and dehumidifying

Tdb1 = Tdb2

1

2

1

2


34

h. Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and humidifying)

Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses

ini terjadi kenaikan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, dan suhu bola

kering. Gambar 2.28 menyajikan proses heating and humidifying.

Gambar 2.28 Proses heating and humidifying

2.1.3.3 Proses-proses Udara yang Terjadi pada Mesin Water Chiller pada

Psychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada sistem pengkondisian udara dengan water

chiller dalam psychrometric chart adalah sebagai berikut :

a. Proses pencampuran udara luar dan udara yang dikondisikan pada ruangan

(udara balik)

b. Proses pendinginan sensibel udara campuran atau sensible cooling.

c. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan udara atau cooling and

dehumidifying.

d. Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan atau heating and

humidifying

1

2


35

Gambar 2.29 Proses pengkondisian udara dengan mesin water chiller

Semua proses-proses utama ini dapat dilihat pada Gambar 2.30, yang menyajikan

proses-proses udara pada psychrometric chart.

Keterangan pada Gambar 2.29 :

A : Udara lingkungan atau udara segar yang dipergunakan pada sistem

pengkondisian udara.

B : Udara dalam ruangan yang dikondisikan udaranya. Sebagian dari udara ini di

campur dengan udara segar.

C : Udara campuran (campuran udara balik dengan udara segar).

D : Suhu pengembunan udara di evaporator 2.

E : Suhu kerja evaporator

F : Udara keluar dari evaporator 2


36

Gambar 2.30 Proses pengkondisian udara dengan water chiller pada psychrometric chart

a. Proses pencampuran udara luar dan udara yang dikondisikan pada ruangan

(titik A-B)

Proses (A-B) merupakan proses pencampuran udara luar dan udara yang

dikondisikan pada ruangan. Pada proses ini udara luar akan bercampur dengan

udara yang ada pada ruangan dan menghasilkan kondisi udara di titik C (titik

campuran antara udara luar di titik A dan udara di titik B.

b. Proses pendinginan sensibel atau sensible cooling (titik C-D).

Pada proses ini terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola

basah, dan volume spesifik dari udara, namun terjadi peningkatan kelembapan

relatif. Titik C merupakan titik awal sebelum proses sensible cooling, sedangkan

titik D merupakan titik akhir setelah proses sensible cooling, diperoleh dengan

menarik garis lurus secara horizontal menuju garis lengkung yang menunjukkan

kelembapan relatif 100 %.


37

c. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan atau cooling and

dehumidifiying titik (D-F).

Proses (D-F) merupakan proses penurunan suhu udara basah dan penurunan

suhu udara kering, nilai entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan

kelembapan spesifik mengalami penurunan. Sedangkan kelembapan relatif tetap

pada nilai 100 %.

d. Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan atau heating and

humidifiying titik (F-B).

Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. pada proses

ini terjadi kenaikan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering.

2.2 Tinjauan Pustaka

Anwar, Khairil, dkk (2010) telah melakukan penelitian tentang efek

temperatur pipa kapiler terhadap kinerja mesin pendingin. Penelitian ini dilakukan

dengan metode eksperimen. Penelitian bertujuan (a) untuk mendapatkan pengaruh

suhu pipa kapiler terhadap kondisi refrigeran dan kapasitas pendinginan dalam

sistem pendingin (b) untuk mendapatkan kondisi suhu optimal untuk

mendapatkan kinerja sistem yang lebih baik. Penelitian ini memberikan hasil (a)

penurunan suhu pendingin pipa kapiler menyebabkan kapasitas pendinginan dan

koefisien kinerja dari sistem pendingin meningkat (b) kinerja optimal dari

penelitian ini selama 30 menit diperoleh pada posisi suhu thermostat terendah

yaitu -20o C dengan koefisien kinerja (COP) sebesar 2,71.


38

Iskandar R, (2010) telah melakukan penelitian tentang karakteristik pipa

kapiler dan katup ekspansi termostatik pada sistem pendingin water chiller.

Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen. Penelitian bertujuan (a) untuk

mengetahui karakteristik dari mesin pendingin water chiller (b) untuk mengkaji

seberapa jauh pengaruh penggunaan pipa kapiler dan katup ekspansi termostatik

sebagai alat eskpansi pada sistem pendingin water chiller. Penelitian ini

memberikan hasil (a) dengan katup ekspansi nilai yang diperoleh COP antara 3,21

hingga 3,66, sedangkan pipa kapiler mempunyai COP antara 2,15 hingga 2,46 (b)

Katup ekspansi termostatik mempunyai performa yang lebih baik dibandingkan

dengan pipa kapiler.

Agung Nugroho, (2012) telah melakukan penelitian tentang analisa sistem

mesin pendingin water chiller yang menggunakan fluida kerja R-12 dengan

variasi puli kompresor. Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen.

Penelitian bertujuan (a) untuk menganalisa pengaruh pendinginan pada kondensor

terhadap performasi sistem berdasarkan analisa keseimbangan energi (b)

menganalisa performasi sistem water chiller dengan fluida kerja R-12 dengan

variasi puli kompresor. Penelitian ini memberikan hasil (a) nilai COP akan

semakin turun jika kecepatan kompresor semakin besar (b) sistem refrigerasi akan

mengalami penurunan temperature refrigeran pada pengeluaran evaporator (c)

COP dapat dipengaruhi oleh kerja kompresi.


39

Muchammad, (2006) telah melakukan penelitian tentang pengujian dan

analisa pressure drop sistem water chiler menggunakan refrigeran R-22 dan

HCR-22. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen. Penelitian bertujuan

(a) untuk mendapatkan data kurva karateristik kompresor jenis rotary hermetic

0,5 PK terhadap kebutuhan konsumsi listrik untuk sistem pendingin water chiller

dengan menggunakan refrigeran HCR-22 (b) untuk memberikan informasi dalam

pengembangan desain dan pensimulasian sistem pendingin (c) membandingkan

unjuk kerja antara sistem yang menggunakan refrigeran HCR-22 dengan sistem

yang menggunakan refrigeran R-22. Penelitian ini memberikan hasil (a) daya

listrik yang dibutuhkan kompresor dengan refrigeran R-22 lebih tinggi daripada

HCR-22 pada temperature keluar kondensor yang sama (b) COP dari sistem water

chiller yang menggunakan refrigeran HCR-22 lebih tinggi dibanding yang

menggunakan refrigeran R-22.

Penelitian tentang pengaruh aliran udara melintasi kondensor terhadap

karakteristik siklus kompresi uap pada mesin pendingin showcase telah dilakukan

oleh Kusbandono, W dan Purwadi, PK (2016). Penelitian tentang karakteristik

siklus kompresi uap yang dipergunakan selain pada mesin pendingin, juga telah

dilakukan oleh Purwadi PK dan teman temannya. Untuk karakteristik siklus

kompresi uap pada mesin pengering pakaian telah dilakukan oleh Purwadi, PK

dan Kusbandono W (2015, 2016), sedangkan untuk pengeringan handuk telah

dilakukan oleh Wijaya, K dan Purwadi, PK.


40

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek penelitian ini adalah water chiller, seperti tersaji pada Gambar 3.1.

Water chiller bekerja dengan mempergunakan mesin siklus kompresi uap. Ukuran

water chiller memiliki panjang 1,6 m, lebar 0,5 cm, dan tinggi 1,5 m. Ukuran

ruangan panjang 1,2 m, lebar 0,7 m, dan tinggi 1,3 m. Refrigeran yang dipakai

water chiller : R – 22. Sebagai beban pendingin, dipergunakan botol air

berkapasitas 1,5 liter, sebanyak 10 botol, botol dalam keadaan terbuka.

Gambar 3.1 Skematik mesin water chiller

Pada sistem pengkondisian udara ini, udara segar dimasukan dari luar dan

dicampur dengan udara balik. Udara segar dimasukkan dengan kipas udara segar

dan udara balik dialirkan dengan kipas udara balik. Udara campuran dialirkan


41

melewati evaporator 2 oleh kipas evaporator (kipas udara masuk dialirkan ke

ruangan yang dikondisikan).

Keterangan pada Gambar 3.1 :

A Kompresor J Kipas evaporator 2

B Kondensor K Kipas udara segar

C Pipa kapiler L Kipas udara balik

D Bak penampung air dingin M Kipas kecil kondesnor

E Evaporator 1 N Kipas besar kondensor

F Submersible pump O Filter dryer

G Saluran input ke evaporator 2 P1 Pressure gauge (tekanan rendah)

H Saluran output ke evaporator 2 P2 Pressure gauge (tekanan tinggi)

I Evaporator 2 Q Beban pendinginan

3.2 Bahan, Komponen, Alat Ukur, dan Perakitan Mesin Water Chiller

Dalam penelitian water chiller diperlukan bahan, alat-alat bantu, dan

komponen mesin.

3.2.1 Bahan dan Alat-alat Bantu

Adapun bahan dan alat-alat bantu yang diperlukan dalam proses perakitan

water chiller antara lain :

a. Kayu dan triplek

Kayu (balok) digunakan untuk membuat rangka ruangan, dengan ukuran 2

m x 4 m. Papan triplek digunakan sebagai dinding ruangan yang akan didinginkan

oleh water chiller, tebal papan yang digunakan 3 mm.


42

Gambar 3.2 Kayu dan triplek

(Sumber : https://harga.info/harga-kayu/)

b. Besi L

Besi L ( 3x 3) cm digunakan untuk membuat rangka water chiller sebagai

tempat kondensor, kompresor, evaporator, bak air, dan lain-lain.

Gambar 3.3 Besi L

(Sumber : https://harga.info/harga-besi-siku/)

c. Paku

Paku digunakan untuk menyatukan kayu dan triplek sehingga kontruksi

menjadi kuat dan kokoh.

Gambar 3.4 Paku

(Sumber : https://paku-baja/)


https://harga.info/harga-besi-siku/

43

d. Mur dan baut

Mur dan baut digunakan untuk menyatukan kayu sebagai alas komponen

water chiler agar kuat menahan beban.

e. Eva Sponge

Eva Sponge digunakan mengisolasi bak air sehingga air yang didinginkan

tetap terkondisi.

f. Sealtape

Sealtape digunakan untuk merekatkan alumunium dan styrofoam pada

ruang yang di isolasi untuk mencegah terjadinya kebocoran.

g. Pipa paralon

Pipa paralon (1 inch dan 8 inch) digunakan sebagai sirkulasi air dari bak

pendingin ke evaporator 2 dan digunakan sebagai sirkulasi udara balik pada

ruangan water chiller.

h. Alumunium foil

Alumunium foil digunakan untuk mengisolasi dinding ruangan dan

mempertahankan suhu ruangan yang didinginkan.

i. Pipa tembaga

Pipa tembaga digunakan sebagai jalur mengalirnya refrigeran pada mesin

kompresi uap. Pipa tembaga yang digunakan berukuran diameter 5 mm.

j. Bak air

Bak air digunakan untuk menampung air yang didinginkan oleh mesin


44

water chiller. Bak air yang digunakan berukuran 40 cm x 33 cm x 28 cm dan

memiliki kapasitas 37 liter.

Gambar 3.5 Bak penampung air dingin

k. Refrigeran Primer (R-22)

Refrigeran primer adalah fluida kerja yang digunakan pada mesin siklus

komprsi uap. Refrigeran berfungsi untuk menyerap dan melepas kalor dari

lingkungan sekitar. Jenis refrigeran yang digunakan mesin dalam penelitian ini

adalah R-22.

Gambar 3.6 Refrigeran R-22 (Sumber : https://www.google.com/search?q=refrigerant)

l. Refrigeran Sekunder (air)

Air bertindak sebagai refrigeran sekunder digunakan sebagai fluida kerja

yang didinginkan oleh evaporator dan disirkulasikan menuju evaporator 2 dengan

bantuan pompa. Volume yang dipergunakan : 23 liter air


https://www.google.com/search?q=refrigerant

45

m. Gergaji

Gergaji digunakan untuk memotong kayu dan besi saat pembuatan

ruangan dan kerangka mesin water chiller. Gergaji yang digunakan adalah gergaji

besi dan kayu.

Gambar 3.7 Gergaji besi dan kayu

n. Palu

Palu digunakan untuk memukul paku sehinga paku dapat menyatu dengan

kayu dan triplek.

o. Mistar

Mistar/ meteran digunakan untuk mengukur panjang, lebar, dan tinggi

bahan yang akan digunakan dalam pembuatan mesin water chiller.

p. Tube expander

Tube expander digunakan untuk mengembangkan diameter ujung pipa

tembaga sehingga sambungan pipa dapat terhubung dengan baik dan

mempermudah saat proses pengelasan.


46

Gambar 3.8 Tube expander (Sumber : https://www.google.com/search?q=tube+expander)

q. Alat las dan Gas hi-cook

Alat las ini digunakan untuk memanaskan pipa sambungan dan filler,

sehingga sambungan dapat tersambung dengan rapat.

Gambar 3.9 Alat las hi cook (Sumber : https://www.google.com/ =gas+hi+cook+las&oql=img.)

r. Tube cutter

Tube cutter digunakan untuk memotong pipa tembaga sehingga hasil

potongan terpotong dengan baik dan mempermudah proses pengelasan.

s. Obeng

Obeng digunakan untuk melepas dan mengencangkan baut. Obeng yang

digunakan berprofil (-) dan (+).


https://www.google.com/search?q=tube+expander

47

t. Kunci set

Kunci set yang digunakan berupa kunci pas dan kunci ring, untuk melepas

dan mengencangkan baut.

u. Bahan las

Bahan las yang digunakan untuk mengelas sambungan antar pipa yaitu

mengunakan filler dan borak. Borak digunakan agar sambungan lebih meerkat.

v. Pompa vakum

Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan saluran pipa refrigerant

untuk membersihkan saluran dari kotoran dan mencegah terjadinya penyumbatan.

w. Metil

Metil dipergunakan untuk pembersih saluran refrigeran agar terbebas dari

kotoran dan mencegah tersumbatnya refrigeran.

3.2.2 Komponen Mesin

Komponen yang digunakan dalam proses perakitan water chiller antara

lain, adalah sebagai berikut :

a. Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin siklus kompresi uap yang

berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan refrigeran yang mengalir

dan bersirkulasi dalam unit mesin pendingin. Kompresor yang digunakan berjenis

rotary dengan daya 3/4 PK, tegangan yang digunakan 220V, dan arus yang

bekerja pada kompresor adalah 2,8.


48

Gambar 3.10 Kompresor rotary

b. Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengkondisikan refrigeran

dari fase uap menjadi cair. Untuk mengubah fase uap menjadi cair diperlukan

suhu lingkungan yang lebih rendah dari suhu refrigeran sehingga dapat terjadi

pelepasan kalor ke lingkungan oleh kondensor. Kondensor yang digunakan untuk

water chiller ini adalah kondensor jenis force draught condenser. Pada tipe ini

proses perpindahan kalornya secara konveksi paksa atau dengan bantuan kipas.

Kondensor tipe U dengan kipas satu set, jari-jari penguat dan bersirip dengan

jumlah U 5, panjang 28 cm, tinggi 28 cm, lebar 8,5 cm, diameter pipa 10 mm,

tebal sirip 0.1 mm, jarak antar sirip 3 mm dan jumlah sirip sebanyak 102. Pipa

yang digunakan berbahan tembaga dan sirip berbahan aluminium.

Gambar 3.11 Kondensor


49

c. Evaporator 1

Evaporator 1 (Gambar 3.1) merupakan tempat perubahan fase refrigeran

dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Jenis

evaporator yang digunakan merupakan jenis evaporator pipa bersirip dengan daya

¾ PK, panjang 36 cm, tinggi 30 cm, lebar 6 cm, jumlah U 7, dan jumlah sirip

sebanyak 184.

Gambar 3.12 Evaporator 1

d. Pipa kapiler

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran dari tekanan

tinggi ke tekanan rendah sebelum masuk ke evaporator pada siklus kompresi uap.

Ketika refrigeran mengalami penurunan tekanan, temperatur refrigeran juga

mengalami penurunan. Penggunaan pipa kapiler pada mesin kompresi uap

mempermudah kerja kompresor pada waktu start, karena tekanan kondensor dan

evaporator sama. Pipa kapiler ini terbuat dari bahan tembaga dengan diameter

0,54 mm dan panjang 130 cm, 150 cm, dan 180 cm.


50

Gambar 3.13 Pipa kapiler

e. Evaporator 2

Evaporator 2 (Gambar 3.1) berfungsi untuk mendinginkan udara di dalam

ruangan pendingin, didalamnya mengalir fluida (air) yang telah didinginkan oleh

evaporator 1. Evaporator 2 yang digunakan memiliki panjang 45 cm, lebar 6 cm,

tinggi 25 cm, dan jumlah sirip 8910. Evaporator ini terbuat dari alumunium dan

jenis evaporator ini adalah pipa bersirip. Pada evaporator terdapat 2 saluran yaitu

saluran input dan ouput yang memiliki diameter 1 inch.

Gambar 3.14 Evaporator 2

f. Kipas

Kipas tersusun atas motor listrik dan baling-baling (sudu). Kipas ini

berfungsi untuk mengalirkan udara, sehingga kipas dapat mempercepat proses

perpindahan kalor. Kipas yang digunakan dalam water chiller ini berjumlah 5


51

buah yaitu kipas 4 di belakang kondensor dan kipas 5 di depan kondensor, kipas 2

di depan evaporator 2, kipas 3 untuk sirkulasi udara balik, dan kipas 4 untuk

mengalirkan udara segar.

a. Kipas 1 ( Kipas evaporator 2)

Jumlah sudu : 3

Diameter sudu : 50 cm

Kecepatan putaran : 1360 rpm

Tegangan : 220 V

Daya : 30 watt

b. Kipas 2 ( Kipas udara balik )

Jumlah sudu : 3

Diameter sudu :12 cm


Tegangan : 220 V

Daya : 20 watt

c. Kipas 3 (Kipas udara segar)

Jumlah sudu : 7

Diameter sudu :12 cm


Tegangan : 220 V

Daya : 50 watt


52

d. Kipas 4 (kipas kecil kondensor)

Jumlah sudu : 5



Tegangan : 220 V

Daya : 30 watt

e. Kipas 5 (kipas besar kondensor)

Jumlah sudu : 5



Tegangan : 220 V

Daya : 30 watt

Gambar 3.15 Kipas

g. Pompa air

Pompa air digunakan untuk mensirkulasikan fluida kerja (air) yang telah

terkondisikan dari bak penampung air menuju ke evaporator 2. Pompa air yang

digunakan memiliki ukuran panjang 15 cm, lebar 11 cm, tinggi 12 cm dan


53

memiliki spesifikasi : daya 38 watt, tegangan listrik/frekuensi : 220 V/50Hz, Qmax

2000lt/jam, dan Hmax 2 m. Pompa air yang digunakan berjenis pompa submersible

(pompa celup) disebut juga electric submersible yang dioperasikan di dalam air.

Gambar 3.16 Pompa air submersible

3.2.3 Alat Ukur

Dalam proses pengambilan data diperlukan alat ukur untuk melakukan

penelitian, berikut alat-alat ukur penelitian yang dipakai : (a) termokopel dan

penampil suhu digital, (b) hygrometer, (c) stopwatch digital, (d) pressure gauge,

(e) tang ampere, (f) gelas ukur, (g) tachometer

a. Termokopel dan penampil suhu digital

Termokopel berfungsi untuk mengetahui suhu disuatu tempat yang

diinginkan pada saat water chiller bekerja, dengan cara menempelkan bagian

ujung dari termokopel pada tempat yang ingin diukur suhunya. Prinsip kerja alat

ini menggunakan sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur

suhu melalui dua jenis logam berbeda yang di gabung pada ujungnya sehingga

menimbulkan efek thermo-electric.


54

Gambar 3.17 Termokopel dan penampil suhu digital

b. Hygrometer

Hygrometer digunakan untuk mengukur tingkat kelembapan udara pada suatu

tempat. Alat ini dapat mengetahui suhu udara basah dan kering karena terdapat

termometer basah dan kering. Kondisi bulb dibasahi dengan air untuk

thermometer yang dipergunakan mengukur suhu udara basah, dan tidak dibasahi

untuk mengukur mengukur suhu udara kering. Dengan diketahui suhu udara

kering dan basah dapat diketahui nilai kelembapan udara di tempat tersebut.

Gambar 3.18 Hygrometer

a b

Tdb (℃) Twb (℃)

50 50

40 40

30 30

20 20

10 10

0 0

-10 -10


55

c. Stopwatch digital

Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu dalam melakukan

pengujian water chiller. Lama waktu yang dibutuhkan dalam setiap kali

pengambilan data adalah 15 menit sekali.

Gambar 3.19 Stopwatch

(Sumber : https://www.google.com/ =stopwatch/img.)

d. Pressure gauge

Pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan kerja refrigeran dalam

siklus kompresi uap, pengukuran tekanan kerja kondensor, dan tekanan kerja

evaporator. Pressure gauge ini memiliki batas tekanan untuk pengukuran tekanan

kondensor (merah) memiliki batas maksimal 800 Psi dan untuk pengukuran

tekanan evaporator (biru) memiliki batas maksimal 500 Psi.

Gambar 3.20 Pressure gauge


56

e. Tang ampere

Tang ampere (clamp meter) digunakan untuk mengukur arus listrik yang

mengalir pada kompresor dengan cara menjepit kedua rahang penjepitnya tanpa

harus mengkontak langsung dengan terminal listriknya. Kabel yang dijepit hanya

satu kabel aliran, bukan dua-duanya.

Gambar 3.21 Tang ampere

(Sumber : https://www.google.com/tang-ampere.img.)

f. Gelas ukur

Gelas ukur dipergunakan untuk mengukur volume air dingin yang

bersirkulasi pada evaporator 2.

Gambar 3.22 Gelas ukur

(Sumber : https://shopee.co.id/Gelas-Ukur-Takar-Plastik-5-Liter-(5000-ml)-

i.6678187.1572519468)


https://www.google.com/tang-ampere.imghttps://shopee.co.id/Gelas-Ukur-Takar-Plastik-5-Liter-(5000-ml)-i.6678187.1572519468)https://shopee.co.id/Gelas-Ukur-Takar-Plastik-5-Liter-(5000-ml)-i.6678187.1572519468)

57

g. Tachometer

Tachometer merupakan alat yang berfungsi untuk mengetahui rpm dari

benda yang berputar.

Gambar 3.23 Tachometer

(Sumber : https:// www.instrumentchoice.com.au)

h. Anemometer

Alat yang dipergunakan untuk mengukur aliran udara segar masuk dan

udara balik.

Gambar 3.24 Anemometer

(Sumber : https:// www. manomano.co.uk)


58

3.2.4 Perakitan Water Chiller

Dalam perakitan water chiller, desain dilakukan dengan cara manual dan

sederhana. Hal-hal yang perlu dilakukan dalam perakitan mesin adalah :

a. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan untuk merakit water

chiller.

b. Memotong besi L dengan ukuran 200 cm x 60 cm x 160 cm, serta

melakukan pengelasan sebagai kerangka water chiller.

c. Memotong kayu dan triplek dengan ukuran 130 cm x 70 cm x dan 130 cm,

serta merakit untuk kerangka dan dinding ruang pendingin water chiller.

d. Pemasangan komponen dasar water chiller, seperti : kompresor,

kondensor, evaporator, dan pipa kapiler.

e. Pemasangan pipa tembaga dan melakukan pengelasan antar sambungan

pipa tembaga.

f. Pemasangan set pressure gauge (manifold gauge)

g. Pemasangan komponen pendukung seperti : evaporator 2 dan pompa air.

h. Pemasangan pipa-pipa paralon.

i. Pemasangan kipas evaporator 2, kipas udara balik dan kipas udara segar.

j. Pengisian refrigeran R-22

k. Pengecekan kebocoran refrigeran pada setiap sambungan pipa tembaga

dan kapiler.

l. Pemasangan kelistrikan kipas pada water chiller.

m. Pengecekan ulang


59

3.2.5 Proses Pengisian Refrigeran

Sebelum melakukan pengisian refrigeran ada beberapa proses yang harus

dilakukan antara lain : (a) proses pemetilan, (b) proses pemvakuman, dan (c)

proses pengisian refrigeran R-22. Adapun penjelasannya sebagai berikut :

a. Proses pemetilan

Proses pemetilan adalah pemberian metil pada pipa kapiler yang telah

dipasang pada mesin siklus kompresi uap dengan cara :

1. Menghidupkan kompresor dan membuka tutup pentil.

2. Menuang metil sesuai ketentuan spesifikasi mesin

3. Memasukkan ujung pipa kapiler pada wadah yang berisi metil, sehingga

metil terhisap oleh pipa kapiler.

4. Mematikan kompresor dan mengelas ujung pipa kapiler pada lubang

keluar filter, agar ujung pipa kapiler tertutup rapat.

b. Proses pemvakuman

Proses pemvakuman merupakan proses menghilangkan udara, uap air, dan

kotoran yang terjebak dalam saluran refrigeran mesin kompresi uap. Langkah-

langkah pemvakuman sebagai berikut :

1. Mempersiapkan pressure gauge dengan 1 selang (low pressure) yang

dipasang pada pentil yang sudah dipasang dopnya dan 1 selang (high

pressure) yang dipasang pada tabung refrigeran.

2. Pada saat pemvakuman, kran manifold/pressure gauge diposisikan terbuka

dan kran tabung refrigeran diposisikan tertutup.


60

3. Menghidupkan kompresor, udara yang terjebak dalam siklus akan tersedot

keluar melalui ujung pipa kapiler yang terdapat pada filter.

4. Memastikan udar

ANALISIS PENGARUH PANJANG PIPA KAPILER TERHADAP...

Documents

Transcript of ANALISIS PENGARUH PANJANG PIPA KAPILER TERHADAP...