Sistem Pengkondisian Udara - UNSRI

BAB I. Pendahuluan

I-1

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 udara ini sebagai alat 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

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 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 (COP), terhadap efek

refrigerasi (RE), terhadap laju aliran massa refrigeran (Mref), terhadap

daya kompresi (Qw), terhadap laju perubahan kalor kondensor (Qc),

juga terhadap laju perubahan kalor evaporator (Qe) pada mesin

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 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 udara (AC) untuk mengetahui koefisien performansi (COP) pada

putaran kompresor konstan, tanpa adanya pengaruh beban pendingin dari luar dan

menggunakan refrigeran-134a.

I.5. Metodologi Penelitian

Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Mempelajari studi literatur yang berhubungan dengan mesin pendingin.

b. Mengumpulkan komponen-komponen peralatan yang akan digunakan

untuk instalasi peralatan pengujian.

c. Membuat alat uji yang akan digunakan dalam penelitian.

d. Melakukann penelitian dan mengumpulkan data-data yang 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 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 penelitian yang telah dilakukan.

BAB II. Tinjauan Pustaka

II-1

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 menjadi 2 golongan utama :

1. Pengkondisian udara untuk kenyamanan

2. 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 udara di mobil, rumah, mall, perkantoran, 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, 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-2

II.1. Sejarah Teknik Pendingin

Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan

peradaban manusia di wilayah sub-tropik. Secara alamiah, manusia yang tinggal

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 tentang konsep termodinamika dan sistem

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. Salah satu diantaranya adalah

sistem pendingin siklus gas yang muncul akibat penemuan ”mesin udara” siklus

terbuka oleh John Gorrie (1803-1855), seorang dokter Amerika. Gorrie

mematenkan penemuan tersebut setelah berhasil 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

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, evaporator, katup ekspansi dan drier.

Gambar 2.1 Siklus sistem pengkondisian udara


II-4

Berikut ini adalah uraian ringkas tentang komponen-komponen sistem

pengkondisian udara,

II.2.1. Kondensor

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 berpendingin air (Water Cooled Condenser)

2. Kondensor berpendingin udara (Air Cooled Condenser)

3. Kondensor berpendingin udara dan air (Air and Water Cooled 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

http://acmobilindonesia.com/products/101/0/CONDENSOR-TOYOTA/�


II-5

bertemperatur tinggi masuk ke bagian atas dari koil dan berangsur-angsur mencair

dibagian bawah dari koil.

II.2.2. Kompresor

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 tipe Crank

b. Kompresor tipe Reciprocating

c. Kompresor tipe Swash Plate

d. Kompresor tipe Rotary Through Vane

e. 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 terus-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 evaporator.

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 tipe Plate Fin

2. Evaporator tipe Serpentine Fin

3. Evaporator tipe drwan cup

Gambar 2.4 tipe-tipe evaporator

Berdasarkan cara kerja, evaporator dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :

1. Flooded Evaporator

2. Dry Expantion 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 Valve

2. Thermostatic Expantion Valve

3. Katup Apung Sisi Tekanan Tinggi

4. Katup Apung Sisi Tekanan Rendah

5. Manual Expantion Valve

6. Pipa Kapiler

7. Thermoelectric Expantion Valve

8. Electronic Expantion 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 didinginkanya relatif konstan.

II.2.5. Dryer/Reciefer

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 penyumbatan.

2. Terbentuknya asam yang disebabkan reaksi uap air dengan bahan

pendingin dan minyak pelumas kompresor. Terbentuknya asam ini dapat

menimbulkan korosi pada komponen 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 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 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 listrik.

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 :

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 dingin


II-13

Q2 = Panas yang dibuang reservoir panas = Q1 + w

W = Kerja yang diberikan dari 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 udara dan uap air, jadi tidak benar-

benar kering. Kandungan uap air dalam udara untuk suatu keperluan harus

dibuang atau malah ditambahkan.

Pada bagan psikrometrik ada dua hal penting, yaitu penguasaan akan

dasar-dasar bagan dan kemampuan menentukan sifat-sifat pada kelompok-

kelompok keadaan lain, misalnya tekanan barometrik yang tidak standar. Untuk

memahami proses-proses yang terjadi pada karta psikrometrik perlu adanya

pemahaman tentang hukum Dalton dan sifat-sifat yang ada dalam karta

psikrometrik, antara 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 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 uap air.

Kelembaban ini dapat dirumuskan :

PwsPw

=φ .......... (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 :

ast

ss

aa

ss

RppRp

TRVpTRVp

MaMww

/)(/

//

−=== …….( Lit, 6. Hal 41 )

Dimana :

W = Kelembaban spesifik

Mw = Massa uap air

Ma = Massa udara kering

V = volume sembarang campuran udara-uap (m3)

Pt = tekanan atmosfer (Pa)

Pa = tekanan parsial udara kering (Pa)

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

Rs = 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

6. Entalpi.


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 0oC sampai

mencapai ToC dan menguapkannya menjadi uap air (fase gas).

7. Volume spesifik.

Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meter-

kubik per kilogram udara kering.

II.5. Analisis Termodinamika Siklus Kompresi Uap

II.5.1. Siklus Kompresi Uap

Siklus kompresi uap merupakan salah satu siklus yang digunakan dalam

proses 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


II-18

4 – 1 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 tekanan dan temperatur tinggi. Maka besar kalor 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 ) …… ( Lit, 7. Hal 26 )

Dimana :

Qw = Daya kompresi ( kJ/s)

mref = Laju aliran massa refrigeran ( kg/s)


II-19

h2 – h1 = Kerja kompresi (kJ/kg)

2 – 3 Proses Kondensasi

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 yang dilepaskan di kondensor adalah:

Qc =mref (h2 – h3) .……… ( Lit, 7. Hal 26)

Dimana :

Qc = Laju pelepasan kalor kondensasi (kJ/kg)

h2 = Entalpi refrigeran yang keluar dari kompresor (kJ/kg)

h3 = Entalpi refrigeran cair jenuh (kJ/kg)

3 – 4 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 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)


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 evaporator dirumuskan sebagai berikut :

Mud.evap = ρudara . A. V ……..(Lit, 7. Hal 28)

Dimana :

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

ρudara = Massa jenis udara ( kg/m3)

A = Luas penampang saluran udara evaporator (0,017 m2)

V = Kecepatan udara melalui saluran udara keluar evaporator (m/s)

Dimana :

R = tetapan gas untuk udara 0,287 kJ/kg.K

P = tekanan absolut 101,325 kPa

T = suhu absolut (oK)

A = π D2

Dimana :

D = diameter saluran udara evaporator (0,15 m)

II.6.5. Laju 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 (kg/s)

Qevap = Laju aliran kalor udara evaporator (kJ/s)



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)




BAB III. Metoda Penelitian

III-1

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-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 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 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 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 seperti motor penggerak kompresor, accu, kipas angin, ruangan

penyekat (kabin).

Gambar 3.2 Instalasi peralatan uji

III.2. Spesifikasi Peralatan Uji

III.2.1. Komponen Utama

a. Kompressor

Tipe : rotary through vane

Pabrikan : Jepang

Brand : Nippon Denso


III-4

Gambar 3.3 Kompresor Rotary through vane

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 dari kompressor.

Gambar 3.4 Kondensor Pendingin Udara (Air Cooled Condenser)


III-5

c. Evaporator

Tipe : Bare tube evaporator

Material koil : Aluminium

Brand : Denso

Fungsi : sebagai alat penyerap kalor dari 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 : untuk 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 kecepatan laju aliran 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 mm

Buatan : Indonesia

Voltage : 220-240V ; 50/60HZ

Wattage : 45 watts

Fungsi : untuk mendinginkan dengan mempercepat perpindahan kalor

refrigeran pada kondensor.


III-11

Gambar 3.15 Kipas pendingin

d. Ruang penyekat (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 Alat 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 beberapa saat terjadi kenaikan tekanan berarti

dalam peralatan uji tersebut masih ada kebocoran.

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 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 langkah-

langkah 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 selang warna biru ke pompa vakum.

4) Menghubungkan selang warna merah ke tabung refrigeran.

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 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 sistem, lakukan pemeriksaan ulang dan

memperbaikinya.


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

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

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 divakumkan 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 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 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 dengan 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 blower .

c. Memilih prosedur pengujian dengan kecepatan aliran udara kondensor pada

putaran rendah (550 fpm), sedang (700 fpm) dan tinggi (800 fpm).

d. Menunggu beberapa saat sampai mencapai kondisi tunak (±15 menit)

III.6.3. Data Pengujian

Dalam penngujian ini, data yang diperlukan untuk mendukung

perhitungan adalah sebagai berikut :

a. Temperatur masuk kompresor (T1)

b. Temperatur keluar kompresor (T2)

c. Temperatur keluar kondensor (T3)


III-17

d. Temperatur masuk evaporator I (T4)

e. Temperatur masuk evaporator II (T5)

f. Temperatur keluar evaporator I (T6)

g. Temperatur keluar evaporator II (T7)

h. Tekanan masuk kompresor (P1)

i. Tekanan keluar kompresor (P2)

j. Tekanan keluar kondensor (P3)

k. Tekanan masuk evaporator I (P4)

l. Tekanan masuk evaporator II (P5)

m. Tekanan keluar evaporator I (P6)

n. Tekanan keluar evaporator II (P7)

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 kondisi tunak.

d. Mencatat data :

1) Temperatur refrigeran di titik T1, T2, T3, T4, T5, T6 dan T7.

2) Tekanan refrigeran di titik P1, P2, P3, P4, P5, P6 dan P7.


III-18

3) Temperatur bola kering (Tdb) dan temperatur bola basah (Twb)

udara masuk evaporator.

4) Temperatur bola kering (Tdb) dan temperatur bola basah (Twb)

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

IV-1

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1. Data Hasil Pengujian

Setelah melakukan pengujian dan mencatat perubahan temperatur (T),

tekanan (P), temperatur bola basah (Twb) dan temperatur bola kering (Tdb) 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-2

IV.2.1. Perhitungan Laju Aliran Massa Udara Evaporator (Mud.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-3

IV.2.2. Perhitungan Beban Evaporator (Qevap)

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 (mref)

IV.2.5. Perhitungan Kerja Kompresi

Kerja kompresi = (h2 – h1)

= (286,27 – 259,52)

= 26,75 kJ/kg


IV-4

IV.2.6. Perhitungan Daya Kompresi (Qw)

Qw = mref (h2 – h1)

= 0,0209 x 26,75

= 0,559 kW

IV.2.7. Perhitungan Laju Pelepasan Kalor Kondensor (Qc)

Qc = mref (h2 – h3)

= 0,0199 (286,27 – 137,41)

= 2,962 kW

IV.2.8. Perhitungan Laju Pelepasan Kalor Evaporator (Qe)

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 hout 45 kj/kg dan pada

Evaporator II Twbin dan Twbout dari pengukuran thermocouple di dapatkan

entalpi hin 76,5 kJ/kg dan entalpi hout 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 (Tdb) pada lingkungan, temperatur bola basah (Twb)

dan bola kering (Tdb) pada kabin, massa udara pada evaporator (Mud.evap), Beban

Evaporator (Qevap), Efek Refrigerasi (RE), Laju Aliran Massa Refrigeran (mref),

Kerja Kompresi (Qw), Kalor Kondensor (Qc), Kalor Evaporator (Qe) 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 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 perubahan kecepatan aliran udara kipas pendingin pada kondensor

terhadap efek refrigerasi (RE), laju aliran masa refrigeran (mref), daya kompresi

(Qw), kalor kondensor (Qc), kalor evaporator (Qe) 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 diatas memperlihatkan bahwa pada kecepatan aliran udara

pada kondensor rendah (550 fpm) efek refrigerasinya 118,91 kJ/kg dan pada

kecepatan aliran udara pada kondensor tinggi (800 fpm) efek refrigerasinya

122,11 kJ/kg, sehingga terjadi kenaikan efek refrigerasi (RE) akibat 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


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 diatas memperlihatkan bahwa pada 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 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.

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 (Qw)

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

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 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


Pendingin pada Kondensor 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 kondensor 3,275 kW dan pada kecepatan aliran udara tinggi (800

fpm) maka kalor kondensor 2,962 kW. perubahan kalor kondensor akan turun

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 yang dilepaskan akan semaikin

banyak, sedangkan temperatur kondensor akan berkurang Perubahan entalpi

antara h2 dengan h3 akan meningkat sedangkan laju aliran massa refrigeran

menurun.


IV-14


Pendingin pada Kondensor Terhadap Kalor 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 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.


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 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-17

IV.3.7. Grafik Gabungan

Gambar. 4.10 Grafik kecepatan aliran udara kondensor dan mref dan RE

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

BAB V. Penutup

V-1

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 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 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

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 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. Sehingga proses penukaran kalor dapat

berjalan dengan baik dan kenyamanan pun dapat dirasakan lebih baik.

Documents

Sistem Pengkondisian Udara - UNSRI