1 - Refrigeration Laboratorypendingin.teknik.ub.ac.id/wp-content/uploads/2017/03/... · Web view2017-03-02 · DASAR TEORI. Definisi Mesin Pendingin. ... Chiller. Pada unit pendingin

LABORATORIUM MESIN PENDINGIN

MODUL PRAKTIKUM 1

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Mesin pendingin merupakan suatu bagian yang tidak dapat dilepaskan dari kemajuan

teknologi saat ini. Mesin pendingin merupakan suatu bagian dari penerapan ilmu-ilmu

termodinamika yang digunakan dalam berbagai bidang. Tidak hanya dalam kehidupan sehari-

hari tetapi juga dalam berbagai industri, seperti refrigerator (kulkas), pendingin air ataupun

pendingin udara dalam mobil.

Bagi seorang mahasiswa teknik Mesin sangat perlu untuk mempelajari masalah yang

berkenaan dengan mesin pendingin khususnya mengenai prinsip kerja mesin pendingin,

macam – macam mesin pendingin, beban pendinginan, kapasitas pendinginan dan

menghitung Coeficient of Performance (COP) mesin pendingin.

Untuk membantu mahasiswa mempelajari sistem pendingin dan pengondisian udara,

maka buku panduan ini disusun sebagai pedoman bagi mahasiswa untuk melakukan

praktikum mesin pendingin (Air Conditioning Test Bench) pada laboratorium Mesin

Pendingin. Dengan pelaksanaa praktikum akan dapat memahami aplikasi ilmu yang telah

dipelajari diperkuliahan.

1.2 Rumusan Masalah

Pada laporan ini rumusan masalah yang akan dibahas adalah :

a Berapa besar kapasitas pendinginan, ,daya kompresor, efisiensi boiler dan Coeficient of

Performance (COP) yang diukur berdasarkan variasi waktu.

b Berapa besar losses yang terjadi selama proses percobaan. Seperti faktor lingkungan

sekitar, faktor mesin, dll.

1.3 Batasan Masalah

Pengambilan dan perhitungan data praktikum dilakukan pada peralatan AC Bench

dimana pengaruh konduksi, konveksi dan radiasi udara diabaikan. Mesin pendingin ini

diasumsikan berjalan normal dan aliran diasumsikan steady.

1.4 Maksud dan Tujuan Praktikum

a. Dari Air Flow Duct, dengan prinsip-prinsip psychrometry dan keseimbangan energi dapat

ditentukan :

1. Perubahan sifat-sifat udara sepanjang duct dalam diagram psychrometry


MODUL PRAKTIKUM 2

2. Coeficient of Performance (COP) aktual dari seluruh instalasi mesin pendingin.

3. Energi yang hilang dari setiap potongan duct.

4. Efisiensi boiler sebagai komponen pelengkap instalasi P.A. HILTON.

b. Dari siklus refrigerant didapat:

1. Siklus refrigerasi R-22 yang aktual.

2. Kapasitas pendinginan (refrigerating capacity).

3. COP ideal berdasarkan siklus refrigerant.

1.5 Manfaat Praktikum

Dengan melaksanakan praktikum mesin pendingin ini, akan dapat memahami dan

mengenal proses serta siklus-siklus termodinamika yang terjadi dan dapat mengetahui

komponen yang terlibat di dalamnya sehingga praktikan dapat mengetahui pengaruh-

pengaruhnya dalam unjuk kerja mesin.


MODUL PRAKTIKUM 3

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Definisi Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah mesin konversi energi yang dipakai untuk memindahkan

kalor dari reservoir panas bertemperatur tinggi menuju reservoir panas bertemperatur lebih

tinggi dengan menambahkan kerja dari luar. Secara jelasnya mesin pendingin merupakan

peralatan yang digunakan dalam proses pendinginan suatu materi (fluida) sehingga mencapai

temperatur dan kelembaban yang diinginkan, dengan jalan menyerap kalor dari materi

(fluida) yang akan dikondisikan, atau dengan kata lain menyerap panas (kalor) dari suatu

reservoir dingin dan diberikan ke reservoir panas.

2.2 Mesin Pendingin

2.2.1 Sejarah Mesin Pendingin....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.2.2 Kalor (Heat)....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.2.2.1 Kalor Jenis....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.2.2.2 Kalor Sensible....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.2.2.3 Kalor Laten....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................


MODUL PRAKTIKUM 4

2.2.4 Macam Mesin Pendingin

a. Mesin pendingin dengan siklus kompresi uap

Mesin ini menggunakan kompresor untuk menaikkan tekanan uap zat pendingin dari

evaporator kemudian mendorongnya ke dalam kondensor agar mudah diembunkan. Siklus

pada mesin ini hampir menggunakan kebalikan dari siklus carnot, perbandingannya adalah

siklus ini menggunakan katup yang menghasilkan penurunan tekanan secara isoenthalpy.

Gambar 2.1 Sistem pendinginan kompresi uapSumber : Stoecker (1996:187)

b. Mesin pendingin dengan siklus pendinginan absorbsi

Mesin pendingin ini menggunakan dua jenis refrigeran yaitu refrigeran primer

sebagai zat pendingin dan refrigeran sekunder sebagai zat pengikat kalor / yang membawa

refrigeran primer sampai di generator. Untuk siklusnya bisa dilihat pada gambar 2.2.

Evaporator yang menyerap panas dari sistem, ditangkap oleh refrigeran primer

berbentuk uap bertekanan rendah. Selanjutnya refrigeran primer diserap ke absorber yang

di dalamnya sudah ada refrigeran sekunder yang memiliki viskositas lebih, ini bertujuan

untuk mengikat refrigeran primer yang berfase uap agar dapat dialirkan oleh pompa ke

generator. Pada generator menghasilkan energi untuk menghidupkan komponen pemanas

(seperti heater) agar menghasilkan panas yang digunakan untuk melepas refrigeran primer

dengan refrigeran sekunder. Refrigeran primer dapat terlepas dari refrigeran sekunder

karena sifat dari refrigeran primer yang mudah menguap, selanjutnya refrigeran primer

melanjutkan siklusnya ke kondensor melepaskan kalornya ke lingkungan. Selepas dari

kondensor fase cair dari refrigeran melewati katup ekspansi, disini refrigeran diturunkan

tekanan dan temperaturnya hingga mencapai temperatur dan tekanan evaporasi dengan

cara dikabutkan.

Sedangkan pada refrigeran sekunder yang memiliki viskositas yang lebih dibanding

refrigeran primer setelah dari generator turun bersikulasi ke katup trotel yang kemudian

kembali ke absorber.


MODUL PRAKTIKUM 5

Pada absorber refrigerant sekunder masih memiliki temperatur yang tinggi. Di dalam

absorber terdapat proses pelepasan kalor yang berfungsi untuk menyerap uap refrigerant

primer yang keluar dari evaporator karena adanya perbedaan tekanan yang mana di

absorber lebih rendah dari tekanan evaporator.

Gambar 2.2 Sistem pendinginan absorbsiSumber : Stoecker (1996:309)

2.2.5 Fungsi Mesin Pendingin

....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.2.6 Bagian Utama Mesin Pendingin Kompresi Uap

1. Kompresor

Fungsi Kompresor : berfungsi menaikkan tekanan di kondensor dan berfungsi

mensirkulasikan refrigeran dalam system

Jenis Kompresor berdasarkan cara kerja kompresi :

a. Kompresor torak (Reciprocating)

b. Kompresor putar (Rotary)

c. Kompresor heliks atau sekrup (helix or screw)

d. Kompresor skrol (Scroll)

e. Kompresor sentrifugal (centrifugal).

2. Evaporator

Fungsi Evaporator : Tempat perpindahan kalor antara refrigeran dan ruang atau bahan

yang akan didinginkan dan refrigeran akan mengalami perubahan fasa dari cair menjadi

uap.

Jenis evaporator berdasarkan konstruksinya


MODUL PRAKTIKUM 6

a. Evaporator Tabung dan Coil

b. Evaporator Tabung dan Pipa Jenis Ekspansi Kering

c. Evaporator Kecil Dengan Pendingin Udara

3. Katup Ekspansi

Fungsi Katup Ekspansi : Menurunkan dan menjaga beda tekanan refrigerant cair antara

sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah dengan cara dikabutkan, sehingga terjaga

tekanan yang diinginkan

Jenis katup ekspansi, yaitu :

a. Katup Ekspansi Otomatik Termostatik Jenis Pengaman

b. Katup Ekspansi Manual

c. Katup Ekspansi Tekanan Konstan

4. Kondensor

Fungsi Kondensor : Melepaskan kalor dari refrigeran, sehingga refrigeran berubah fasa

dari uap menjadi cair. Kalor dilepas di kondensor berasal dari kalor yang diserap di

evaporator dan kalor akibat kerja kompresi.

Jenis Kondensor :

a. Kondensor tabung dan pipa horizontal

b. Kondensor tabung dan pipa coil

c. Kondensor jenis pipa ganda

d. Kondensor Pendingin Udara Koil Bersirip Pelat

2.2.7 Siklus Mesin Pendingin

Siklus termodinamika mesin pendingin yang ideal adalah siklus mesin carnot terbalik,

tetapi siklus ini sulit untuk dicapai karena siklus carnot terdapat atau terdiri dari proses-proses

reversibel yang menjadikan efisiensinya lebih tinggi dari pada yang dapat dicapai oleh siklus

secara aktual. Siklus refrigerasi carnot dapat dilihat pada gambar 2.3. Dan refrigerasi

bermanfaat dan kerja bersih siklus carnot dapat dilihat pada gambar 2.4.


MODUL PRAKTIKUM 7

Gambar 2.3 Siklus Refrigerasi CarnotSumber : Stoecker (1996:215)

Keterangan :

1 – 2 : Proses kompresi adiabatis reversibel

2 – 3 : Proses pelepasan panas pada suhu dan tekanan konstan

3 – 4 : Proses isentropik ekspansi secara isentropik

4 – 1 : Proses pemasukan panas pada suhu dan tekanan konstan

Gambar 2.4 Refrigerasi bermanfaat dan kerja bersih siklus carnotSumber : Stoecker (1996:255)

Daerah yang ada di bawah garis reversibel pada diagram suhu-enthropi menyatakan

perpindahan kalor. Daerah-daerah yang digambarkan dalam gambar 2.4 dapat menyatakan

jumlah refrigerasi bermanfaat (useful refrigeration) dan kerja bersih (net work). Refrigerasi

bermanfaat sama dengan perpindahan kalor pada proses 4 – 1 atau daerah di bawah garis 4 –

1. Daerah di bawah garis 2 – 3 menyatakan kalor yang dikeluarkan dari daur, perbedaan

antara kalor yang dikeluarkan dari daur dan kalor yang ditambahkan ke dalam daur adalah

kalor bersih (net heat).

Siklus carnot biasa diperbaiki atau ditingkatkan prestasi kerjanya yaitu dengan cara

memberikan tambahan kerja agar tercapai kompresi kering, hal ini dilakukan dengan

memberikan super heating yaitu pemanasan lanjut sebelum refrigerant memasuki kompresor.


MODUL PRAKTIKUM 8

Hal ini akan mengakibatkan kinerja kompresor menjadi lebih ringan sehingga lifetime

komponen kompresor menjadi lebih panjang. Skema perbaikan daur refrigerasi carnot dapat

dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Perbaikan Daur Refrigerasi CarnotSumber : Stoecker (1996:115)

Selain hal di atas, secara aktual diagram T-S secara aktual pada siklus 3 -4 tidak

ideal terjadi secara isentropis, nyatanya pada sikuls 3 – 4 pada katup ekspansi setelah adanya

proses pelepasan kalor pada kondensor, katup ekspansi menurunkan lagi temperatur

refrigerant cair secara mendadak hal ini mengakibatkan adanya proses secara konduksi

maupun konveksi yang meliputi pipa katup ekspansi sehingga siklus ideal 3 – 4 secara

isentropis, secara aktualnya akan bergeser dan tidak terjadi secara isentropis lagi. Skema daur

kompresi uap standar dapat dilihat pada gambar 2.6 dan 2.7.

Gambar 2.6 Daur Kompresi Uap StandarSumber : Stoecker (1996:115)

Keterangan :

1 – 2 : Proses Kompresi uap refrigerant

2 – 3 : Proses merubah uap refrigerant menjadi cair

3 – 4 : Proses penurunan tekanan


MODUL PRAKTIKUM 9

4 – 1 : Proses pengambilan kalor oleh uap refrigerant

Gambar 2.7 Daur Kompresi Uap StandarSumber : Stoecker (1996:116)

Keterangan :

1 – 2 : Proses kompresi adiabatik reversibel di kompresor

2 – 3 : Proses pelepasan panas pada tekanan konstan

3 – 4 : Proses ekspansi pada ekspantion valve secara isoentalphi

4 – 1 : Proses penyerapan panas secara isobaris dan penguapan refrigerant

Siklus dimulai dari titik 4 – 1 dimana kalor dari sistem diserap oleh refrigeran yang

ada pada evaporator. Refrigeran lalu berubah wujud menjadi fase uap kering lalu dialirkan ke

kompresor. Di kompresor terjadi proses kompresi pada refrigeran untuk meningkatkan

tekanan refrigeran sehingga refrigeran bias mencapai tekanan dan temperature kondensasi,

selanjutnya dialikan ke kondensor. Prinsip kerja utama dari kondensor adalah melepas kalor

refrigeran, hal ini dilakukan dengan cara mendinginkan refrigeran hingga berubah wujud

menjadi cair, kalor yang dilepas oleh refrigeran dibuang ke lingkungan.

Setelah melewati kondensor refrigeran yang telah berbentuk cair dialirkan ke katup

ekspansi, di katup ekspansi terjadi proses penurunan tekanan refrigeran dengan cara

dikabutkan. Proses ini bertujuan untuk mendapatkan refrigeran yang berwujud uap jenuh

sebelum memasuki evaporator untuk menjalani siklus kembali.


MODUL PRAKTIKUM 10

Tabel 2.1 Proses Terjadinya Siklus Refrigerasi

Proses Alat P T S HEfek

Perubahan FaseQ W

1-2 (KompresiIsentropik) Kompresor ↑ ↑ c ↑ 0 h2-h1

Uap Jenuh → Uap Panas Lanjut

2-3 (Pembuangan Kalor Isobarik) Kondensor c ↓ ↓ ↓ h2-h3 0 Uap Panas Lanjut →

Cair Jenuh

3-4 (EkspansiIsoentalpi)

Katup Ekspansi ↓ ↓ ↑ C 0 0 Cair Jenuh →

Campuran

4-1 (Penyerapan Kalor) Evaporator c c ↑ ↑ h1-h4 0 Campuran → Uap

Jenuh

Pada komponen-komponen mesin pendingin terjadi perubahan-perubahan, yaitu :

1. Pada kompresor (1 – 2)

Entalphi, tekanan, dan termperatur naik

Entrophi konstan

Perubahan fase dari uap kering ke uap panas lanjut butuh kerja dari luar

2. Pada kondensor (2 – 3)

Entalphi dan temperatur turun

Tekanan konstan

Perubahan fase dari uap panas lanjut ke fase cair

Terjadi pelepasan kalor

3. Pada expantion valve (3 – 4)

Entalphi konstan

Tekanan dan temperatur turun

Entrophi naik

Perubahan fase dari cair ke uap jenuh

4. Pada evaporator (4 – 1)

Tekanan dan temperatur konstan

Entalphi dan entrophi naik

Perubahan fase dari uap jenuh menjadi uap kering


MODUL PRAKTIKUM 11

Gambar 2.8 Gambar daur kompresi uap nyata dibanding daur standarSumber : Stoecker (1996:117)

Pada siklus aktualnya yang ditunjukkan pada gambar 2.8, terjadi modifikasi pada

siklus ideal siklus kompresi uap antara lain :

Sub-Cooling, kondisi dimana refrigerant cair lebih dingin dari suhu minimum idealnya,

sub-cooling bertujuan memaksimalkan perubahan fase embun ke cair pada kondensor agar

memaksimalkan pelepasan kalor pada kondensor. Sub-cooling bermanfaat karena dapat

memaksimalkan pelepasan kalor pada kondensor. Sub-cooling dapat dilakukan dengan

penambahan coil ganda pada pipa kondensor yang berisi air pendingin sehingga didapat

efek sub-cooling.

Super Heating, tujuan super heating memaksimalkan penguapan agar fase refrigerasi

seluruhnya berfase uap ketika memasuki kompresor. Super heating merupakan hal yang

positif pada siklus kompresi uap karena meringankan kerja kompresor. Super heating

dilakukan dengan cara menambahkan heater pada pipa dari evaporator ke kompresor.

Pressure Drop, terjadi karena uap refrigerant memasuki penampang yang berubah-ubah

pada pipa sehingga menimbulkan losses akibat gesekan fluida dengan dinding pipa,

belokan dan kebocoran pada saluran sehingga proses tidak isobarik.

2.2.8 AC Central

AC Central adalah Sistem pendinginan ruangan yang dikontrol dari satu titik atau

tempat dan didistribusikan secara terpusat ke seluruh isi gedung dengan kapasitas yang sesuai

dengan ukuran ruangan dan isinya dengan menggunakan saluran udara/ducting ac. Skema

AC central dapat dilihat pada gambar 2.9


MODUL PRAKTIKUM 12

Gambar 2.9 Skema instalasi AC centralSumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin 2015/2016

Proses yang terjadi pada chiller atau unit pendingin untuk sistem AC central dengan

sistem kompresi uap terdiri dari proses kompresi, kondensasi, ekspansi, dan evaporasi. Proses

ini terjadi dalam satu siklus tertutup yang menggunakan fluida kerja berupa refrigerant yang

mengalir dalam sistem pemipaan yang terhubung dari satu komponen ke komponen lainnya.

Kondensor pada chiller biasanya berbentuk water-cooled condenser yang menggunakan air

untuk proses pendinginan refrigerant. Secara umum bentuk konstruksinya berupa shell &

tube dimana air memasuki shell/tabung dan uap refrigerantsuperheat mengalir dalam pipa

yang berada di dalam tabung sehingga terjadi proses pertukaran kalor. Uap

refrigerantsuperheat berubah fase menjadi cair yang memiliki tekanan tinggi mengalir

menuju alat ekspansi, sementara air yang keluar memiliki temperatur yang lebih tinggi karena

air ini akan digunakan lagi untuk proses pendinginan kondensor maka tentu saja

temperaturnya harus diturunkan kembali atau didinginkan pada cooling tower.


MODUL PRAKTIKUM 13

Langkah pertama adalah memompa air panas tersebut menuju cooling water/cooling

tower melalui sistem pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak nozzle untuk tahap

spraying atau semburan. Air panas yang keluar dari nozzle secara langsung sementara itu

udara atmosfer dialirkan melalui atau berlawanan dengan arah jatuhnya air panas karena

pengaruh fan/blower yang terpasang pada cooling tower. Untuk menguapkan 1 kg air

diperlukan kira-kira 600 kcl dengan mengeluarkan kalor laten dengan mengungkapkan

sebagian dari air maka sebagian besar air pendingin dapat didinginkan, misalnya 1% dari air

dapat diuapkan, air dapat diturunkan temperaturnya sebanyak 6˚C dengan menara pendingin.

Sistem ini sangat efektif dalam proses pendinginan air karena suhu kondensasinya

sangat rendah mendekati suhu wet bulb udara. Air yang sudah mengalami penurunan

temperatur ditampung dalam bak untuk kemudian dipompa kembali menuju kondensor yang

berada di dalam chiller. Pada cooling tower juga dipasang katup yang dihubungkan ke

sumber air terdekat untuk menambah kapasitas air pendingin jika terjadi kehilangan air ketika

proses evaporasi cooling tersebut.

Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam “range” dan “approach”

dimana range adalah penurunan suhu air yang melewati cooling tower dan approach adalah

selisih antara suhu udara wet-bulb dan suhu air yang keluar. Perpindahan kalor yang terjadi

pada cooling tower berlangsung dari air ke udara tak jenuh. Ada 2 penyebab terjadinya

perpindahan kalor yaitu perbedaan suhu dan perbedaan tekanan parsial antara air dan udara.

Suhu pengembunan yang rendah pada cooling tower membuat sistem ini lebih hemat energi

jika digunakan untuk sistem refrigerasi pada skala besar seperti chiller. Salah satu

kekurangannya adalah bahwa sistem ini tidak praktis karena jarak yang jauh antara chiller

dan cooling tower sehingga memerlukan sistem pemipaan yang relatif panjang. Selain itu

juga biaya perawatan cooling tower cukup tinggi dibandingkan sistem lainnya.

Secara garis besar sistem AC central terbagi atas beberapa komponen, yaitu :

1. Chiller

Pada unit pendingin atau chiller yang menggunakan sistem kompresi uap,

komponennya terdiri dari kompresor, kondensor, alat ekspansi, dan evaporator. Pada chiller

biasanya tipe kondensornya adalah water-cooled kondensor. Air untuk mendinginkan

kondensor dialirkan melalui pipa yang kemudian outputnya didinginkan kembali secara

evaporative cooling pada cooling tower.

Pada komponen evaporator, jika sistemnya indirect cooling maka fluida yang

didinginkan tidak langsung udara melainkan air yang dialirkan melalui sistem pemipaan. Air


MODUL PRAKTIKUM 14

yang mengalami pendinginan pada evaporator dialirkan menuju sistem penanganan udara

(AHU) menuju koil pendingin.

2. AHU (Air Handling Unit)

Prinsip kerja secara sederhana pada unit penanganan udara ini adalah menyedot udara

dari ruangan (return air) yang kemudian dicampur dengan udara segar dari lingkungan (fresh

air) dengan komposisi yang bisa diubah-ubah sesuai keinginan. Campuran udara tersebut

masuk menuju AHU melewati filter, fan sentrifugal dan koil pendingin. Setelah itu udara

yang telah mengalami penurunan temperatur didistribusikan secara merata ke setiap ruangan

melewati saluran udara (ducting) yang telah dirancang terlebih dahulu sehingga lokasi yang

jauh sekalipun bisa terjangkau.

AHU memiliki beberapa komponen yang ada di dalamnya antara lain :

a. Filter

Penyaring udara dari kotoran, debu, atau partikel-patikel lainnya sehingga diharapkan

udara yang dihasilkan lebih bersih.

b. Centrifugal Fan

Berfungsi untuk mendistribusikan udara melewati ducting menuju ruangan-ruangan.

c. Koil Pendingin

Berfungsi untuk menurunkan temperatur udara.

Beberapa kelemahan dari sistem ini adalah jika satu komponen mengalami kerusakan

dan sistem AC central tidak bekerja, maka semua ruangan tidak akan merasakan udara sejuk.

Selain itu jika temperatur udara terlalu rendah atau dingin maka pengaturannya harus pada

termostat di koil pendingin pada komponen AHU.

3. Cooling Tower

Fungsi utamanya untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara

dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakan fan/kipas.

Konstruksi cooling water terdiri dari sistem pemipaan dengan banyak nozzle, fan/blower, bak

penampung dan casing.

4. Pompa Sirkulasi

Berfungsi untuk menaikkan tekanan dan menyirkulasi udara/fluida ke tempat lain

dalam sistem pemipaan.

5. Ducting/saluran

Media penghubung antara AHU dengan ruangan yang dikondisikan udaranya, fungsi

utama ducting adalah meneruskan udara yang didinginkan oleh AHU untuk kemudian

didistribusikan ke masing-masing ruangan.


MODUL PRAKTIKUM 15

Kelebihan dan kekurangan sistem AC central

Kelebihan

- Kebisingan dan getaran mesin pendingin hampir tidak mempengaruhi ruangan

- Perbaikan dan pemeliharaan lebih mudah

- Seluruh beban pendingin semua ruangan dalam bangunan dapat dilayani oleh suatu sistem

(unit) saja

- Kelembapan udara dapat diatur

Kekurangan

- Harga pembuatan awal dangat mahal

- Biaya operasional mahal

- Unit central tidak dapat dipakai untuk rumah sakit, karena dapat menyebarkan

kuman/bakteri pasien dari suatu ruangan ke ruangan lain

- Jika salah satu komponen mengalami kerusakan dan sistem ac central tidak dapa

beroperasi

- Jika temperatur udara terlalu rendah atau dingin maka pengaturannya harus pada termostat

di koil pendingin pada komponen AHU

2.2.9 Beban Pendinginan

Beban pendinginan adalah jumlah panas yang dipindahkan oleh sistem

pengkondisian udara. Beban pendinginan terdiri atas panas yang berasal dari ruangan dan

tambahan panas. Tambahan panas adalah jumlah panas setiap saat yang masuk kedalam

ruangan secara radiasi maupun dinding karena perbedaan temperatur.

Dasar perhitungan beban pendinginan dilakukan dengan dua cara

Perhitungan besar kalor puncak untuk menetapkan besarnya instalasi

Perhitungan beban kalor sesaat untuk mengetahui biaya operasi untuk mengetahui

karakteristik dinamik instalasi yang bersangkutan

Yang mempengaruhi beban pendinginan antara lain:

1. Internal

a. Produk (orang)

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah kalor yang dilepas dari produk

(orang) yang berada didalam ruang pendingin itu:

q1 = m.h.Clf

Keterangan :


MODUL PRAKTIKUM 16

q1 = beban pendinginan akibat kalor yang dilepas oleh produk didalam ruang pendingin

(I/s)

m = banyaknya produk (orang) yang didinginkan

h = laju kalor yang dilepaskan oleh produk (wall)

-benda ; h = F (jenis benda)

-orang ; h = F (aktivitas)

Clf = factor beban pendinginan (cooling load factor)

b. Peralatan

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah kalor yang dilepas dari peralatan

– peralatan yang berada diruang pendingin tersebut :

qz= P x BF x CLF

Keterangan:

qz = beban pendinginan akibat kalor yang dilepas oleh peralatan peralatan di dalam

ruang pendinginan (joule/detik)

P = power /daya (peralatan) (wall)

BF = factor bullast (lampu Tu =1,25 ; lampu pijar : 1,0

CLF = factor beban pendinginan

2. Eksternal

a. Ventilasi

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya pertukaran udara luar ruangan tetapi

terkendali untuk memenuhi kebutuhan akan udara yang dibutuhkan oleh tiap produk

(orang) :

Keterangan :

qb = beban pendinginan akibat pertukaran udara dengan udara luar terkendali

(suhu/detik)

n = banyaknya produk (orang)

= kebutuhan udara tiap orang perdetik (kg/detik)

Δh = kandungan kalor (beda entalpi udara luar dan dalam)(joule/kg)


b. Infiltrasi

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya pertukaran udara pendinginan dengan

udara luar tanpa kendali :


MODUL PRAKTIKUM 17

Keterangan :

qA = beban pendinginan akibat pertukaran udara dingin udara luar tanpa kendali

(joule/s)

= laju Infiltrasi (kg/h)

Δh = beda entalpi udara luar dan dalam (joule/kg)


c. Radiasi

Beban pendingian yang disebabkan adanya kalor yang berasal dari luar ruangan berupa

radiasi matahari (beban panas matahari melalui permukaan tembus cahaya).

qb = τ. Ε. A

Keterangan :

qb = beban pendinginan akibat pertukaran udara dengan udara luar

τ = bilangan Boltzman

ε = emisitas permukaan

A = luas panas (m²)

T1 = temperatur Absolute luar (ºK)

d. Perpindahan Panas

Beban pendinginan yang berasal karena perpindahan panas dari lingkungan yang tidak

diinginkan

Qs = U.A.ΔT

Keterangan;

Qs = beban pendinginan akibat perpindahan panas dari lingkungan yang tidak

diinginkan

U = koefisien perpindahan panas total (joule/cm²ok)

A = luas panas (m²)

ΔT = beda temperatur (ºK)

2.2.10 Refrigerant....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................


MODUL PRAKTIKUM 18

2.2.10.1 Macam – macam Refrigerant

Berdasarkan penggunaan refrigerant dibagi menjadi 2 yaitu :

a. Refrigerant Primer

Refrigerant yang digunakan pada sistem kompresi uap (R-22, R-134).

b. Refrigerant Sekunder

Cairan-cairan yang digunakan untuk membawa energi kalor bersuhu rendah

dari suatu lokasi ke lokasi lain.

Berdasarkan komponen penyusun

a. Senyawa Holocarbon

Mempunyai satu atau lebih atom dari salah satu halogen (klorin, flourin,

bromin)

Tabel 2.2 Beberapa refrigerant holocarbon

Nomor Refrigerant Nama Kimia Rumus Kimia

11 Trikloromonofluorometana CCl3F

12 Diklorodifluorometana CCl2F2

13 Triklorotriplorometana CClF3

22 Monoklorodifluorometana CHClF2

40 Metil klorida CH3Cl

113 Triklorotrifluoroetana CCl2FCClF2

114 Diklorotetrafluoroetana CClF2CClF2

Sumber : Stoecker (1992:279)

b. Anorganik

Merupakan refrigerant terdahulu yang masih digunakan pada saat ini, contoh

: amonia (NH3), air (H2O), udara, CO2, SO2.

Tabel 2.3 Beberapa refrigerant anorganik


717 Amonia NH3

718 Air H2O

729 Udara


MODUL PRAKTIKUM 19

744 Karbondioksida CO2

764 Sulfur dioksida SO2


c. Hidrocarbon

Banyak senyawa hidrocarbon yang digunakan sebagai refrigerant,

khususnya untuk dipakai pada industri perminyakan dan petrokimia. Diantaranya

adalah metana (CH4), propana (C3H8) dan etana (C2H6).

Tabel 2.4 Refrigerant hidrokarbon


50 Metana CH4

170 Etana C2H6

290 Propana C3H8


d. Azeotrop

Suatu senyawa azeotrop dua substansi adalah campuran yang dapat

dipisahkan komponen-komponennya secara destilasi. Azeotrop menguap dan

mengembun sehingga suatu substansi tunggal yang sifat-sifatnya berbeda dengan

unsur pembentuknya. Misal : refrigerant 502 yang merupakan campuran 48,8% R-

22 dengan 51,2% R-115.


MODUL PRAKTIKUM 20

2.2.10.2 Syarat – syarat Refrigerant....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.2.11 Kelebihan dan Kekurangan Refrigerant Hydrocarbon dan Holocarbon....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.2.12 Istilah - istilah Mesin Pendingin....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.2.13 Rumus - Rumus yang Digunakan

1. Antara penampang C-D pada Air Flow Duct

Gambar 2.10 Penampang C-DSumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB Semester Genap 2015/2016

a. Keseimbangan Energi

mchc – mdhd = - PH2 + HLC-D

b. Kekekalan massa aliran fluida:

mc = md – m0 ; m0 = massa alir

udara lewat oriface pada ujung duct

Dengan: Z = tinggi skala pada inclined manometer ( mmH2O )

VD= volume spesifik udara pada penampang di C-D, bisa dicari dari diagram

psycometry

hC= enthalpy udara di penampang C

hD= enthalpy udara di penampang D


MODUL PRAKTIKUM 21

PH2= Daya reheater

HLC-D= kerugian energi pada daerah C-D

c. Didapat :

Kalor hilang Antara C-D ; HL C-D dalam satuan kJ/s

2. Kondisi penampang B – C

Gambar 2.11 Penampang B – CSumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB Semester Genap 2015/2016

a. Kesetimbangan energi:

b. Kekekalan massa

B - C = Con → B = C+ Con


MODUL PRAKTIKUM 22

c. Didapat

Beban pendinginan evaporator Qref, sehingga dapat dihitung.

Losses of energy

HLB-C dalam [kJ/s]

Dimana :

Wcomp= daya sebenarnya kompresor, bisa dilihat dari spesifikasi peralatan

atau voltmeter dan amperemeter

h1= enthalpy refrigerant sesudah keluar evaporator

h2= enthalpy refrigerant sebelum keluarevaporator

hcon= enthalpy air kondensasi

mcon= laju alir massa air kondensasi

mref= laju alir massa refrigerant

h1B-C= kerugian energi pada daerah B-C

hB & hC= enthalpy udara di B dan C dicari dari diagram psycometry

3. Kondisi Pada penampang A-B

Gambar 2.12 Penampang A – BSumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB Semester Genap 2015/2016

a. Keseimbangan energi

A . hA - B . hB = Pm - s . hs – Pp + HL A-B

b. Kekekalan massa

B = A + S


MODUL PRAKTIKUM 23

c. Didapat:

Kerugian Energi (HL A-B)

Dengan mengabaikan losses yang dapat dihitung efisiensi Boiler :

Dimana:

PM = daya motor penggerak blower yang besarnya sebanding dengan posisi

regavolt [%] dan spesifikasi motor penggeraknya

ms = laju alir massa uap yang disuplai bolier

Hs = enthalpy uap

Pp = daya pemanas preheater

Pk = daya pemanas bolier

mA = laju alir massa udara luar yang dihisap blower

H LA-B = kerugian energi pada daerah A-B

Untuk COPaktual dapat dicari dengan persamaan :

Dimana :

Q1 = Qref untuk COPaktual

= mBhB – (mChC + mconhcon)

Sedangkan COPideal dapat dicari dengan persamaan

Dimana harga h1,h2 dan h4 bisa dilihat pada diagram (P-h)

2.3 Dasar Pengkodisian Udara

2.3.1 Psikometri

Psikometri merupakan kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap air.

Psikometrik mempunyai arti penting dalam pengkondisian udara atau penyegaran udara

karena atmosfer merupakan campuran antara udara dan uap air. Psikometri digunakan untuk


MODUL PRAKTIKUM 24

mengetahui sifat-sifat termodinamika udara dan mengidentifikasi proses fisik yang terjadi di

lingkungan.

2.3.2 Temperatur Bola Basah (Wet Bulb) dan Temperatur Bola Kering (Dry Bulb)....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.3.3 Dew Point....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

2.3.4 Absolute Humidity dan Relative Humidity....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

d. Teknologi Pengkondisian Udara Terbaru....................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................


MODUL PRAKTIKUM 25

BAB III

PELAKSANAAN PRAKTIKUM

1.1 Peralatan praktikum

a. Alat yang digunakan :

1. Manometer.

Jelaskan dan Tambahkan Gambar !

2. Termometer.


3. Regavolt.


4. Load Control Panel.


5. Gelas pengukur air kondensat.

Tambahkan Gambar !

6. Pengukur waktu setiap periode.Tambahkan Gambar !

b. Fluida yang dilayani :

1. Laju alir massa udara pada Air Flow Duct.

2. Laju massa air kondensasi yang terbentuk.

3. Uap air dari Boiler untuk proses Humidifikasi.

4. Refrigerant R-22 yang bersirkulasi.

c. Produk

1. Udara dengan temperatur, kelembaban, dan kapasitas tertentu.

1.2 Spesifikasi Peralatan

a. Tipe : A-573/91159 vapour compression refrigeration units

b. Produk : udara lewat air flow ducts dengan parameter yang bervariasi

c. Refrigeran : Freon R-22

d. Kompresor : Panasonic 2JS350D3BB02; 1760 watt, 220 watt, 50hz


MODUL PRAKTIKUM 26

Gambar 3.1 Instalasi Mesin Pendingin dan Pengkondisisn UdaraSumber: Manual Book Mesin AC BENCH PA HILTON A572

1.3 Prosedur Pelaksanaan Percobaan Air Conditioning

a. Persiapan Percobaan

Instalasi telah disiapkan untuk melaksanakan percobaan dan pengambilan data.

b. Menjalankan Instalasi

1. Saklar dipasang pada posisi (ON) dengan regavolt “0”

2. Regavolt diatur supaya ada aliran udara melalui evaporator dengan tujuan

membebani evaporator dengan mengatur posisi regavolt sesuai varian data untuk

masing-masing kelompok.


MODUL PRAKTIKUM 27

3. Kompresor dijalankan sehingga terjadi siklus refrigeran. Instalasi dibiarkan

beropersi sampai terbentuk air kondensasi pada evaporator dan ditampung pada gelas

ukur yang sudah dipasang termometer.

4. Pembebanan air flow duct dilakukan dengan menggunakan semua saklar

dari komponen pelengkap (boiler, preheater, reheater, regavolt) posisinya disesuaikan

dengan kombinasi dan variasi duct yang telah ditentukan untuk setiap kelompok

praktikan.

c. Menghentikan Operasi

a) Semua saklar dari semua komponen pelengkap dimatikan

b) Kompresor dimatikan

c) Regavolt diturunkan posisinya secara perlahan sampai posisi “0”

d) Matikan saklar induk

e) Cabut steker dan power supply

1.4 Pengambilan Data

a. Data yang diambil adalah temperatur (bola basah dan bola kering) pada setiap termometer;

temperatur refrigerant masuk dan keluar evaporator serta kondensor; tekanan refrigerant

keluar evaporator dan kondensor; tekanan pada Inclined manometer; temperatur

kondensasi; debit air masuk boiler dan debit air kondensasi; yang terpasang pada AC

Bench

b. Pengambilan data baru boleh dimulai setelah ada air kondesat yang terbentuk pada

evaporator (terlihat pada jatuhnya tetes air pada gelas ukur penampung air kondensat).

c. Setiap kombinasi parameter diambil data sebanyak 3x.

d. Data-data dianggap valid jika pencatatan dilakukan setelah kondisi betul-betul dalam

keadaan steady.

Documents

1 - Refrigeration Laboratorypendingin.teknik.ub.ac.id/wp-content/uploads/2017/03/... · Web view2017-03-02 · DASAR TEORI. Definisi Mesin Pendingin. ... Chiller. Pada unit pendingin