BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pompa

2.1.1 Umum

Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk memberikan energi

kinetik atau energi potensial pada fluida. Setiap pompa memiliki karakteristik

sendiri tergantung pada desain dari pompa tersebut. Berdasarkan prinsip kerjanya

pompa terbagi atas dua jenis :

1. Positive displacement pump

Pada pompa Positive displacement, aliran fluida didasarkan atas

mekanisme penghisapan dan kempa/desak. Contoh pompa ini adalah pompa

ulir, pompa roda gigi, pompa torak dan lain-lain. Pompa jenis ini dapat

digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang relatif besar.

Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah pompa roda gigi.

Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi oleh putaran dari

motor yang digunakan.

Q=n . v

Dimana :

Q

n

v

=

=

=

Debit aliran (cm3/waktu)

Putaran pompa (rpm)

Volume yag dipindahkan (cm3)

2. Dynamic Pump

Pada pompa dinamik, energi ditambahkan pada fluida dengan cara

melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat. Contoh pompa ini adalah

pompa radial/sentrifugal, pompa aksial.

Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida tergantung

pada sudu dari impeller. Kecepatan yang keluar tersebut merupakan

2

kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar (tangensial) dan

kecepatan yang mengikuti impeller (relatif).

Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)

disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa.

Gambar 2.1 Segitiga kecepatan impeller

Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler

Turbomachine Equations :

1) Pw=n T=pQ (u 2 Vt 2−u 1 Vt 1 )

2) H=Pw / ρ g Q=I / g (u2 Vt 2−u 1 Vt 1 )

Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water

HorsePower/WHP, sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan

persamaan (I) BHP = n.T, pada kenyataannya WHP akan selalu lebih kecil

dibandingkan dengan BHP. Sehingga efisiensi pompa merupakan

perbandingan WHP dan BHP.

Persamaan tersebut menunjukan torsi, daya dan head merupakan fungsi

dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan tangensial

absolut dari fluida Vt1 dan Vt2.

V 2−u 2+w 2−2 uw cos β w cos β=u−Vt

Sehingga : Vt=12

(V 2+u 2−w 2)

Disubstitusikan pada persamaan (2).

3) H=12

g [ (V 22−V 12 )+(u 22−u 12)−(w 22−w 12 ) ]

P/ ρ g+z+w 2 /2 g−r 2 w 2 /2 g=cos nt

3

Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat dihubungkan

terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan , maka untuk tinggi tekan teoritis

debit dapat diperoleh dengan :

Pw=w T=p Q (u 2 Vn2 ctgα 2−u 1 Vn 1 ctg α 1)

Vn 2=Q /2 πr 2 b 2 Vn 1=Q /2 πr 1 b 1

B adalah kedalaman sudu/Blade pada inlet dan outlet.

Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal

Pada gambar 2 terlihat bahwa :

Penampang 1 :

4) Pa/ y= P1 / y+V 12/2 g+h 1+hl1

5) Pa / y= P 2/ y+V 22 /2 g+h 2+hl2

Dari persamaan diatas didapat :

6) P 2/ y=V 22 /2 g=P1 / y+V 12 /2 g+E /G+hl 1−2

Jika penampang input dan discharge sama, maka V1 = V2 dan persamaannya

menjadi :

7) P 2/ y=P 1 / y−E/G−hl1−2

2.1.2 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian

Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa Wolley

dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley, adapun spesifikasi dari pompa

tersebut adalah sebagai berikut :

Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)

Head

Q

N

P

:

:

:

:

33 m

42 L/min

2850 rpm

125 Watt

4

Gambar rangkaian

Gambar 2.2 Rangkaian Pompa DAP

Keterangan : = kran tertutup.

= kran terbuka.

2.1.3 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian

Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP dan

dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP, sehingga listrik yang digunakan

lebih irit. Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut :

Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2).

Head

Q

N

P

:

:

:

:

47 m

45 L/min

2900 rpm

100 Watt

5

Gambar rangkaian

Gambar 2.3 Rangkaian Pompa Wolley

Keterangan : = kran tertutup.

= kran terbuka.

2.1.4 Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel

Dengan Karakteristik Berbeda

Dalam laporan ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua buah

pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang secara

seri dan pararel. Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila dalam satu

sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak dapat dicapai oleh

satu pompa saja, adapun karakteristik pompa tersebut adalah sebagai berikut :

6

1. Pompa 1 (DAP pump)

Head

Q

N

P

:

:

:

:

33 m

42 L/min

2850

125 tt

2. Pompa 2 (Wolley pump)

Head

Q

N

P

:

:

:

:

47 m

45 L/min

2900 rpm

100 Watt

Telah kita ketahui bersama :

1. Head total pompa (H)

H = P / γ + v2 · d / 2g + h

Dimana :

P = tekanan statik (Pa)

v2 · d / 2g = head kecepatan keluar (m)

h = head statik total (m)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi

isap.

(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi

isap.

v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (hf =λ L v 2 / D·2g)

karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil, maka

persamaan Head total kita anggap menjadi:

H = P / γ + h

7

2. WHP (Water Horse Power)

WHP=ρ g Q H

Dimana :

WHP = Water Horse Power (Watt)

ρ = massa jenis (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Q = debit aliran (m3/s)

H = head total (m)

3. BHP (Blade Horse Power)

BHP=V I 0 , 85

Dimana :

BHP = Blade Horse Power (Watt)

V = tegangan (Volt)

I = kuat arus listrik (Ampere)

4. Efisiensi pompa (p)

η p=WHPBHP

Dimana :

WHP = Water Horse Power (Watt)

BHP = Blade Horse Power (Watt)

2.1.5 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan GambarRangkaian

8

Pada hubungan seri, setelah zat cair melalui sebuah pompa, zat cair itu

dibawa kembali ke pompa berikutnya. Dari P2 diteruskan ke P1 dengan

menutup kran 4 dan kran 2. dalam pemasangan secara seri head yang

dihasilkan akan lebih besar, head pompa 1 ditambah head pompa 2, namun

dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2).

Gambar rangkaian

Gambar 2.4 Rangkaian Pompa secara Seri

Keterangan: = kran tertutup.

= kran terbuka.

2.1.6 Pompa Yang Dipasang SecaraParalel dan GambarRangkaian

Pada hubungan pararel pada pompa, beberapa buah pompa dihubungkan

pada saluran kempa yang sama. Untuk menjaga agar jangan sampai sebuah

pompa mengempa kembali zat cair kedalam saluran isap pompa yang lain,

umpamanya bila pompa yang terakhir ini tidak bekerja, maka dipasang

sebuah katup/kran. Dengan menutup kran 3 maka rangkaian ini akan

9

terhubung secara pararel dan akan dihasilkan debit aliran yang sangat besar

namun head tidak bertambah.

Gambar rangkaian

Gambar 2.5 Rangkaian Pompa secara Peralel

Keterangan : ` = kran tertutup.

= kran terbuka.

2.1.7 Lembar Data Pengamatan

Tabel 2.1. Tabel data pengamatan Pompa

Pompa 1 (DAP pump)

Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu

10

Pompa 2 (Wolley pump)

Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu

Pompa 1+2 pemasangan seri

Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu

Pompa 1+2 pemasangan pararel

Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu

2.2 Motor Bakar

2.2.1 Umum

Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah mesin kalor,

yaitu mesin yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja

mekanik. Ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini mesin kalor dibagi

menjadi dua golongan, yaitu

1. Mesin pembakaran luar (external combustion engine), yaitu proses

pembakaran yang terjadi diluar mesin, energi termaldarigas hasil

11

pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah,

sebagai contohnya mesin uap, turbin uap, dan lain-lain.

2. Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang pada

umumnya dikenal dengan nama motor bakar. Proses pembakarannya

berlangsung didalam ruang bakar gas hasil pembakaran

tersebutberfungsi sebagai fluida kerja untuk menghasilkan gerak

mekanik. Contoh : motor diesel dan motor bensin.

2.2.2 Motor Bakar Bensin 4 langkah (Gasoline Engine)

Motor bakar bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula yang

mengkonversikan energi termal menjadi energi mekanik. Energi termal

tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara.

Motor bakar bensin menggunakan beberapa silinder yang didalamnya

terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik). Didalamsilinder itulah

terjadi pembakaran campuran bahan bakar dan udara (Air-fuel mixture) yang

di bantu dengan busi (spark plug). Gas pembakaran yang dihasilkan oleh

proses tersebut mampu menggerakan torak dan batang penghubung

(connecting Rod) yang dihubungkan dengan poros engkol (Crank shaft) dan

sebaliknya gerak rotasi poros engkol menimbulkan gerak translasi pada torak.

Motor bakar bensin termasuk dalam mesin pembakaran dalam (internal

combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada ruang

bakar. Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses

pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut

dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah.

12

Gambar 2.6 Siklus Otto aktual

Gambar 2.7 Siklus Otto ideal

Gambar 2.8 Skema motor bakar4 langkah

13

Pada awal kerja siklus kedua katup baik katup masuk(intake valve)

maupun katup buang(exhaust valve) tertutup dan piston berada pada posisi

terendah (Bottom Dead Center/Titik Mati Bawah).Selama fasa kompresi,

piston bergerak ke atas, mengkompresikan campuran bahan bakar dan udara

(air-fuel mixture). Sebelum piston mencapai posisi teratas di dalam silinder

(Top Dead Center/Titik Mati Atas), busi memercikan bunga api dan terjadi

pembakaran di dalam ruang bakar, meningkatkan temperature dan tekanan

gas pembakaran bertekanan tinggi menekan piston kebawah sehingga

memutar poros engkol(crankshaft), menghasilkan kerja selama fasa ekspansi.

Pada akhir langkah, piston kembali pada posisi terendah dan melengkapi

siklus, dan silinder mengisian dengan hasil pembakaran. Sekarang piston

bergerak ke atas sekali lagi, ,mengeluarkan gas sisa melewati katup keluar

(exhaust valve), dan ke bawah untuk waktu yang kedua, menarik campuran

bahan bakar dan udara bebas melewati katup masuk (intake valve). Diketahui

bahwa tekanan di dalam silinder sedikit di atas nilai tekanan atmosfir selama

langkah buang dan sedikit di bawahnya selama langkah masuk/hisap. Gambar

2.7 merupakan siklus otto ideal dimana :

1-2 : proses kompresi campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder pada

kondisi isentropis.

2-3 : proses pembakaran campuran bahan bakar udara pada volume tetap.

3-4 :proses ekpansi pada kondisi isentropis.

4-1 : proses pembungan gas hasil pembakaran pada volume tetap.

2.2.3 Motor Bakar Diesel 4 langkah (Diesel Engine)

1. Pembakaran

Udara dan bahan bakar yang dipanaskan secara bersamaanmenghasilkan

pembakaran, yang kemudian menghasilkangaya yang dibutuhkan untuk

memutarkan engine.Oksigen yang terdapat pada udara diperlukan

untukmembakar bahan bakar, yang kemudian menciptakangaya. Bila

dikabutkan, bahan bakar diesel akan mudahterbakar secara efisien. Proses

pembakaran terjadi padasaat campuran bahan bakar dan udara sudah cukup

14

panasuntuk disulut. Ia harus terbakar cepat dan terkontroluntuk menghasilkan

energi panas yang paling tinggi.Intinya : Udara + Bahan bakar + Panas =

Pembakaran

a. Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran

Proses pembakaran diatur oleh 3 faktor sebagai berikut :

1. Volume udara yang dimampatkan.

2. Jenis bahan bakar yang digunakan.

3. Jumlah campuran bahan bakar dan udara.

b. Ruang Pembakaran

Ruang pembakaran dibentuk oleh :

1. Cylinder Liner

2. Piston

3. Intake Valve

4. Exhaust Valve

5. Cylinder Head

Gambar 2.9Ruang Pembakaran Mesin Diesel 4 langkah

2. Kerja Mesin Diesel 4 langkah

a. Intake Stroke (Langkah isap)

15

Siklus engine dimulai dari intake stroke. Mula-mula,intake valve

terbuka.Bersamaan dengan itu, pistonbergerak menuju BDC (Bottom Dead

Center) atau TMB yaitumerupakan titik terbawah yang mampu dicapai

pistondan akanmenghisap udara ke dalam ruang pembakaran.Crankshaft

berputar 180oatau setengah putaran,sementara exhaust valve tetap tertutup.

b. Compression Stroke (Langkah Kompressi/Tekan)

Pada langkah kompresi (compression stroke) intakevalve menutup, menyekat

ruang pembakaran.Pistonbergerak naik sampai posisi teratas pada cylinder

liner.Posisi ini disebut TDC (Top Dead Center) atau TMA. Udara

yangterperangkap akan tertekan dan menjadi sangat panas.Perbandingan antara

volume udara sebelum dan sesudahditekan disebut perbandingan kompresi

(compressionratio).Umumnya Diesel Engine memiliki perbandingankompresi

antara 13 : 1 sampai 20 : 1. Saat ini Crankshafttelah berputar 360oatau satu

putaran penuh.

Perbandingan Kompressi= Volume TMB / Volume TMA

c. Power Stroke (Langkah Tenaga)

Bahan bakar diesel disemprotkan menjelang akhir compression stroke.Ini

menghasilkan pembakaran dan dimulainya langkah tenaga (power stroke).Intake

dan exhaust valve tetap tertutup untuk menyekat ruang pembakaran. Gaya dari

hasil pembakaran mendorong piston turun dan menyebabkan connecting rod

memutar crankshaft 180olagi.Pada saat ini crankshaft telah melakukan satu

setengah putaran sejak siklus pertama dimulai.

d. Exhaust Stroke (Langkah Buang)

Exhaust strokeadalah langkah terakhir dari Siklus 4 Langkah. Pada langkah

buang (exhaust stroke), exhaustvalveterbuka, pistonbergerak naik dan mendorong

gas hasil pembakaran keluar dari silinder. Pada posisi TDC (Top

DeadCenter)exhaust valvemenutup, intake valvemembuka, dan siklus dimulai dari

awal lagi. Saat ini connecting rod kembali memutar crankshaft180o.

16

Gambar 2.10Tahap langkah mesin diesel 4 langkah

3. Siklus mesin diesel 4 langkah

Gambar 2.11Siklus P-V Diesel ideal

4. Perbedaan mesin bensin dengan mesin diesel

a. Spark plug/busi

Perbedaan yang paling mencolok antara kedua engineitu adalah bahwa

diesel enginetidak membutuhkan pemantik (ignition) untuk menyalakan

engine.Seperti diketahui bahwa diesel enginemenggunakan tekanan udara

dengan compression ratioyang tinggi untuk memanaskan udara di dalam

ruang pembakaran sampai cukup panas untuk menyalakan bahan bakar.

17

b. Desain ruang pembakaran mesin diesel

Perbedaan antara diesel enginedengan gasoline enginejuga terletak pada

desain ruang pembakarannya.Pada diesel engine, ruangan antara

cylinderheaddengan piston pada saat di posisi TDC (Top Dead Center), TMA

adalah sangat kecil,sehingga menghasilkan rasio kompresi yang

tinggi.Kebanyakan piston untuk diesel enginememiliki ruangpembakaran

yang terletak tepat di atas piston.

c. Tenaga Engine

Perbedaan lain yang mencolok adalah kemampuan engineuntuk dibebani

pada rpm rendah. Umumnya, diesel enginebiasa beroperasi antara 800 rpm

dan 2200 rpm, menghasilkan torqueyang lebih besar dan menghasilkan

tenaga yang lebih besar disbanding gasoline engine.

d. Bahan Bakar

Dieselengineumumnya lebih efisien dalam penggunaan bahan bakar

daripada gasoline engine. Rata-rata outputhorsepower-nya membutuhkan

bahan bakar yang relatife lebih sedikit.

e. Bobot Engine

Diesel engine lebih berat daripada gasoline engine karena ia harus

mampu menahan tekanan dan suhu tinggipada saat proses pembakaran.

f. Perbandingan Kompressi

Diesel Enginemenggunakan rasio kompresi yang lebih tinggi untuk

memanaskan udara ke suhu pembakaran yang dibutuhkan.Umumnya berkisar

antara 13:1 sampa 20:1.Sementara gasoline enginehanya menggunakan rasio

kompresi antara 8:1 sampai 11:1.

18

Gambar 2.12Disain mesin diesel 4 langkah

5. Siklus Udara Ideal

Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar sangatlah

kompleks untuk dianalisis menurut teori. Oleh karena itu maka diperlukan adanya

asumsi keadaan yeng ideal.

Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk dianalisis, akan

tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari keadaan sebenarnya.

Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus udara ideal.

Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus

sebenarnya, misalnya mengenai:

a. Urutan proses.

b. Perbandingan kompresi.

c. Temperatur dan tekanan.

d. Penambahan kalor.

Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur siklus ideal

tersebut. Hal tersebut antara lain :

1. Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan titik

mati bawah torak.

2. Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal.

19

3. Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor seperti yang

terjadi pada siklus udara, akan tetapi perubahan temperatur yang

terjadi merupakan akibat dari pembakaran bahan bakar dan udara.

4. Tidak ada pembakaran yang sempurna.

5. Terjadi kerugian-kerugian gesek, thermal dan kerugian energi lain.

Rumus Dasar.

Pengolahan data :

1. Torsi yang dihasilkan (output toque)

(Nm)

2. Daya yang dihasilkan/BHP (Break Horse Power)

(KW)3. Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)

(L/h)

4. Spesific Fuel Consumtion and Power / SFC

(liter / KWh)

5. BMEP (Break Mean Effective Pressure)

Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk menggerakan piston selama

langkah kerja(ekspansi).

(KW/m3)

6. Daya indikator/IHP (Indicator Horse Power)

(KW)

7. Kerugian akibat gesekan pada komponen/FHP (Friction Horse Power)

BHP (x) BFC (y)

BFC = 3600 . Vg/t

BHP = (2 π n T) / 60

T = F . L

SFC = BFC / BHP

BMEP = 6 x 104 K2 BHP /N Vs

IHP = BHP + FHP

20

b=n (Σ xy ) ( Σx )− (Σx 2 ) ( Σy )

n ( Σx 2 )−( Σx ) 2

a=(Σx 2 ) (Σy )−( Σx ) ( Σy )

n (Σx 2 )−( Σx ) 2

8. mek (perbandingan daya keluar dan indikator)

Tujuan pengolahan data :

a. Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada berbagai

putaran.

b. Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan rpm vs

mek).

2.2.4 Lembar Data Percobaan

Tabel 2.1 Spesifikasi gasoline Engine 4 langkah

D (m) g ( m/s2) L (m)6,3 X 10-2 9.814 9,6 X 10-2

Tabel 2.2 Tabel data pengamatan gasoline engine 4 langkah

No

n P (Kg/cm2) P (kg/m2) t (s) Vg (ml) Vg (m3)

1 2 3

FHP = b /a

ηmek = BHP / IHP

21

Tabel 2.3. Tabel hasil perhitungan Motor Bakar

no F T BHP BFC SFC BMEP IHP FHP η mek1 2 3

2.3 Refrigerator

2.3.1 Umum

Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori perpindahan

kalor dan thermodinamika. Berbagai konsep, model, dan hukum thermodinamika

dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep yang dikembangkan dari dunia

fisika, model khusus dan juga hukum yang digunakan untuk memecahakan

masalah dan sistem rancangan. Massa dan energi merupakan dua konsep dasar

yang menjadi titik tolak perkembangan sains rekayasa (engineering science).

Hukum pertama dan kedua thermodinamika, dan persamaan laju perpindahan

kalor merupakan contoh yang tepat untuk hal ini.

1. Sifat thermodinamika

Bagian yang penting dalam menganalisis dalam sistem thermal adalah

penemuan sifat thermodinamika yang bersangkutan. Suatu sifat adalah

karakteristik atau ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan

sifat-sifatnya, tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri, melainkan

merupakan hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu

sifatnya. Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau

jumlah energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan.

Oleh karena itu, thermodinamika berkisaran pada energi maka seluruh

sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi. Dalam hal ini sifat-sifat

thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan, suhu, rapat massa, volume

spesifik, kalor spesifik, entalpi, dan sifat cair uap dari suatu keadaan. Suhu

(t), dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan kemampuannya untuk

bertukar energi dengan bahan lain yang bersentuhan dengannya. Jadi suatu

bahan yang suhunya lebih tinggi akan memberikan kepada bahan yang

22

suhunya lebih rendah. Titik acuan bagi skala Celcius adalah titik beku air

(0°C) dan titik didih air (100°C).

2. Suhu absolut (T)

adalah derajat diatas suhu nol absolut yang dinyatakan dengan skala

Kelvin (K) yaitu = t°C + 273. Oleh karena itu, interval suhu pada kedua skala

suhu tersebut identik maka beda suhu pada Celcius dinyatakan dengan

Kelvin.

3. Tekanan (P)

adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan oleh suatu fluida

persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut. Tekanan absolut adalah

ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya berada diatas nol). Tekanan

pengukuran (gauge preassure) diukur diatas tekanan atmosfir suatu tempat

(nol tekanan pengukuran = tekanan atmosfir ditempat tersebut). Satuan yang

dipakai untuk tekanan adalah Newton/m2 disebut juga Pascal (Pa).

4. Tekanan atmosfer standar

adalah 101.325 Pa = 101.3 Mpa, tekanan dapat diukur dengan instrument

seperti ukuran tekanan (preassure gauge) atau Manometer (yang

diperlihatkan secara skematik).

5. Rapat massa dan volume spesifik

rapat massa dari suatu fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan

volume, sebaliknya volume spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-

satuan massa, rapat massa dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan

yang lainnya.

6. Kalor spesifik

kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah energi yang diperlukan

untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut sebesar 1 K. Oleh karena

itu, besaran ini dipengaruhi oleh cara proses berlangsung, maka cara kalor

ditambahkan atau dilepaskan harus disebutkan. Nilai pendekatan untuk nilai

spesifik dari beberapa bahan yang penting adalah sebagai berikut :

23

Cp

Cp

Cp

1,0 kJ/kg.K

4,19 kJ/kg.K

1,88 kJ/kg.K

Udara kering

Air

Uap air

7. Entalpi

perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang dilepaskan atau diberikan

persatuan massa melalui proses tekanan konstan. Sifat entalpi dapat juga

dinyatakan laju perpindahan kalor untuk proses yang padanya terjadi

penguapan atau pengembunan, misalnya proses dalam ketel air atau koil

pendinginan udara dimana uap air mengembun.

8. Entropi

walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi, tapi sifat ini hanya

digunakan dalam hal khusus dan terbatas. Entropi terdapat pada banyak

grafik dan tabel-tabel sifat bahan.Berikut adalah sifat entropi, yaitu :

a. Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan dan

tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses berlangsung,

maka bahan itu akan tetap.

b. Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir, perubahan entalpi

menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang diperlukan oleh

poros penekanan atau yang dilepaskan oleh proses ekspansi tersebut.

9. Hukum gas ideal

model idealisasi dari perilaku gas yang berhubungan dengan tekanan,

suhu, dan volume spesifik suatu gas ideal memenuhi :

P . v=R . T

Dimana :

24

P

v

R

T

=

=

=

=

Tekanan (Pa)

Volume spesifik (m/kg)

Terapan gas = 287 J/kg.K ; untuk udara

= 426 J/kg.K ; untuk air

Suhu absolut (k)

Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air dengan

derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap air serta

refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh.

10. Konservasi massa

massa adalah suatu “konsep” yang mendasar, karena itu tidak mudah

untuk didefinisikan. Definisi massa sering dirumuskan dengan menunjukan

pada hukum Newton, yaitu :

Gaya=m . a=m . dV /dt

Dimana :

m

V

a

t

=

=

=

=

Massa (kg)

Kecepatan (m/det)

Percepatan (m/det2)

Waktu (det)

11. Pemanasan dan pendinginan

Pada kebanyakan proses pemanasan dan pendinginan, misalnya pada

pemanas air, pada ketel, perubahan beberapa bagian energi diabaikan.

Seringkali perubahan energi kinetik sebesar V2/2 dan energi potensial dari

titik yang satu ke titik yang lain sebesar 9,81 z dapat diabaikan jika terlalu

kecil dibandingkan dengan besarnya perubahan entalpi, kerja yang dilakukan

atau perpindahan kalor. Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan

oleh pompa kompresor atau mesin, maka W = 0 karena itu persamaan energi

disederhanakan menjadi :

25

Q=m . h 1=m . h 2 atau q=m (h 2−h1 )

Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan

dengan perubahan entalpi.

12. Proses adiabatik

adiabatik berarti tidak ada kalor yang dipindahkan, jadi q = 0. Proses

adiabatik dapat terjadi jika pembatas sistem diberi sekat penahan aliran kalor.

Tetapi walaupun sistem tidak disekat asalkan laju energi total didalam sistem

jauh lebih besar dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau

dikeluarkan ke lingkungan dalam bentuk kalor, maka proses tersebut dapat

dikatakan dengan adiabatik.

13. Kerja kompresi

suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai model proses adiabatik adalah

pengkompresian suatu gas. Perubahan energi kinetik dan potensial serta laju

perpindahan kalor (q) didapat :

Q=m (h 1−h 2)

Artinya, daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan

dengan perubahan entalpi. Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan

positif untuk mesin.

14. Kompresi isentropic

merupakan bahan lain yang tersediauntuk memperkirakan perubahan

entalpi selama proses berlangsung kompresi. Jika kompresi bersifat adiabatik

dan tanpa gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap.

15. Perpindahan kalor

analisis perpindahan kalor digali dari hukum thermodinamika tentang

konservasi massa energi, hukum kedua dan ketiga persamaan tentang

konduksi, radiasi dan konveksi. Persamaan ini dikembangkan dari

pengalaman gejala fisika tentang energi yang merupakan ungkapan matematis

dari model-model yang dibuat untuk menjelaskan gejala tersebut.

26

Perpindahan kalor melalui suatu bahan padat yeng disebut peristiwa

konduksi, menyangkut pertukaran energi tingkat molekuler. Sebaliknya,

radiasi adalah proses yang membawa energi dalam jalan pelompatan proton

dari suatu permukaan ke permukaan yang lain. Radiasi dapat memindahkan

energi menyebrangi energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium

perantara untuk menghubungkan dua permukaan. Perpindahan kalor konveksi

tergantung pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida

terdekat yang bergerak.

Gambar rangkaian

Gambar 2.13 Rangkaian Refrigerator (AC)

2.3.2 Bagian-Bagian Pada Refrigerator

1. Kompresor

27

Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk menaikkan

tekanan dari refrigeran. Menurut hukun fisika, jika gas atau uap

dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik. Ketika tekanan dan

temperatur naik, refrigeran cepat mengalami kondensasi pada kondensor.

Simbol.

Gambar 2.14 Kompresor

2. Kondensor

Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara menjadi

mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan tinggi,

bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor.Kondensor dibagi menjadi

dua bagian, yaitu : Air Cooled Type dan Water Cooled Type, kapasitas : 720

kcal/h.

Simbol.

Gambar 2.15 Kondensor

3. Liquid Receiver

Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah dikondensasikan dalam

bentuk cairan secara berkala sebelum melalui expantion valve (katup

ekspansi).

Simbol.

28

Gambar 2.16Liquid Receiver

4. Sight Glass

Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari refrigeran

(bercampur dengan air, kualitas dari refrigeran, dan lain-lain) alat inin

dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan expantion

valve.

Simbol.

Gambar 2.17 Sight Glass

5. Strainer/Drier

Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon refrigeran. Jika

air masuk dalam sistem pipa, bukan hanya akan menghambat aliran refrigeran

yang dikarenakan air ini akan membeku, tetapi juga akan menyebabkan

terjadinya asam hidrochloric, asam floride hydrogen. Ini akan menyebabkan

akibat yang kurang baik, sebagai contoh : karat pada komponen, adhesive

tembaga atau material elektrik isolator.

Standar : 1,4 inchi.

Simbol.

Gambar 2.18 Strainer (filter)

6. Expantion Valve

Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head dengan

mengontrol aliran refrigeran.Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve.

Digunakan untuk refrigeran : freon 22 (R22). Standar : daerah temperatur

yang dikontrol -40 – 10°C.

Simbol.

29

Gambar 2.19 Expantion Valve

7. Evaporator

Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan untuk

menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari lingkungan.

Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran dengan cara head

exchanging (pertukaran panas) antara temperatur rendah, tekanan rendah

cairan refrigeran dengan udara.

Simbol.

Gambar 2.20 Evaporator

8. Dual

Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat tekanan

berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali dihidupkan jika

kembali normal. Dan akan menghentikan kompresor untuk mengurangi

tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja pada tekanan

rendah yang berhubungan dengan selenoid valve.

Daerah tekanan dapat dikontrol :

High Preassure : 8-30 kg/cm2

Low Preassure : 0,5-2 kg/cm2

Daerah tekanan diferensial : 50 mmHg – 6 kg/cm2

Simbol.

Gambar 2.21 Dual

9. Pressure Gauge

30

Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan pada sistem

daerah yang dapat dibaca.

Daerah tekanan yang dapat dibaca :

High Preassure : 0-30 kg/cm2

Low Preassure : 0-15 kg/cm2

Simbol.

Gambar 2.22 Preassure Gauge

10. Thermostat

Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk memelihara

temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur ruangan pada

temperatur konstan. Daerah udara dapat dikontrol : 30-50°C.

Simbol.

Gambar 2.23 Thermostat

11. Temperatur

Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan mengukur

temperatur dalam sistem.

Simbol.

Gambar 2.24 Temperatur

2.3.3 Lembar Pengambilan Data Refrigerator (Freezer) R22

31

Shift :

T1 (Ideal) : °C

T2 (Ideal) : °C

T3 (Ideal) : °C

T4 (Ideal) : °C

P1 (Ideal) : KPa

P2 (Ideal) : KPa

P3 (Ideal) : KPa

P4 (Ideal) : KPa

t1 (Aktual) : °C

t2 (Aktual) : °C

t3 (Aktual) : °C

t4 (Aktual) : °C

P1 (Aktual) : KPa

P2 (Aktual) : KPa

P3 (Aktual) : KPa

P4 (Aktual) : KPa

Coefficient of Performance (COP) Ideal

Dengan parameter T pada tabelR22 :

h1 : P1 :

h2 : P2 :

h3 : P3 :

32

h4 : P4 :

h3= h4(Ideal)

Wkompresor : m (h2 – h1) =

Qkondensor : h2– h3 =

Qevaporator : h1 – h4 =

COPideal : Output / Input = Qevaporator / Wkompresor

COPaktual : Output / Input = Qevaporator / Wkompresor

Coefficient of Performance (COP) Aktual

Dengan parameter t pada tabel R12 :

h1 : P1 :

h2 : P2 :

h3 : P3 :

h4 : P4 :

Wkompresor : m (h2 – h1) =

Qkondensor : h2– h3 =

Qevaporator : h1– h4 =

COPideal : Output / Input =

COPaktual : Output / Input =

33