46

Modul Praktikum Mesin Pendingin 2014-2015

Embed Size (px)

DESCRIPTION

oyi

Citation preview

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangMesin 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 MasalahPada laporan ini rumusan masalah yang akan dibahas adalah :

a Berapa besar kapasitas mesin pendingin, kapasitas kondensor, beban evaporator, daya kompresor dan Coeficient of Performance (COP), efisiensi boiler yang diukur berdasarkan variasi waktu.b Berapa besar losses yang terjadi selama proses percobaan. Seperti faktor lingkungan sekitar, faktor mesin, dll.1.3 Batasan MasalahPengambilan 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 Praktikuma. Dari Air Flow Duct, dengan prinsipprinsip psychrometri dan keseimbangan energi dapat ditentukan :1. Perubahan sifatsifat udara sepanjang duct dalarn diagram psychrometri2. Coeficient of Performance (COP) total 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 R22 yang aktual.

2. Kapasitas pendinginan (refrigerating capacity).3. COP 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.BAB II

DASAR TEORI2.1 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 kalor 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 Pendingin2.2.1 Sejarah Mesin Pendingin

Perkembangan siklus refrigerant dan mesin pendingin merintis jalan bagi pertambahan dan penggunaan mesin penyegar udara (air conditioning). Teknologi ini dimulai oleh Cagnicered De La Tour (1832) kemudian dilanjutkan oleh Hurprey Day dan asistennya M.Faraday (1824) lalu Josep M.C.Credy (1887) yang pertama membuat instalasi mesin pendingin yang dinamakan mesin pencuci udara (air washer) yaitu sistem pendingin yang menggunakan gerakan air, sedangkan Willis Houlan Carrier (1906) membuat alat pengukur temperatur dengan kelembapan udara yang kemudian dipatenkan pada tahun 1911.

Pada peralihan abad 19 20, kompresor digerakkan oleh uap dengan kecepatan maksimal serpid. Industri refrigerasi di tahun 1990 kental diwarnai peralihan dari konsumsi es alami ke es buatan dan persaingan antara kedua produk tersebut sekitar 15 tahun.

Air conditioning dngan kapasitas 450 ton untuk pertama kalinya dipasang di New York Exchange dan sistem yang sama pada waktu yang hampir sama dipasang di sebuah gedung teater di Jerman. Tahun 1905 Garder T Forness mempatenkan kompresor temuannya dimana gas refrigerant dari 2 buah evaporator dengan tekanan berbeda bisa ditarik dan ditekan dalam satu silinder tunggal. Menariknya, penemuan itu baru dikembangkan 40 tahun kemudian. Memasuki tahun 1911 kecepatan kompresor meningkat menjadi 100-300 rpm dan pada tahun 1915 untuk pertama kalinya kompresor dua tingkat dioperasikan. Sistem ini masih belum bisa sempurna dan dipakai pada tahun 1940. Setelah perang dunia pertama biro standar Amerika membuat rumusan yang akurat untuk panas laten es sehingga sistem perancangan jet mulai digunakan pada industri minyak.

2.2.2 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 rankine, perbandingannya adalah siklus ini menggunakan klep yang menghasilkan penurunan tekanan secara isoenthalpy.

Gambar 2.1 Sistem pendinginan kompresi uap

Sumber : Stoecker (1996:187)b. Mesin pendingin dengan siklus pendinginan absorbsi

Mesin pendingin ini menggunakan dua jenis refrigerant yaitu refrigerant primer sebagai zat pendingin danrefrigerant sekunder sebagai zat pengikat kalor / yang membawa refrigerant primer sampai di generator. Untuk siklusnya bisa dilihat pada gambar 2.2.

Siklusnya dimulai dari evaporator yang menyerap panas dari sistem dan ditangkap oleh refrigerant primer berbentuk uap bertekanan rendah. Selanjutnya refrigerant primer diserap ke absorber yang di dalamnya sudah ada refrigerant sekunder yang memiliki viskositas lebih, ini bertujuan untuk mengikat refrigerant 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 refrigerant primer dengan refrigerant sekunder. Refrigerant primer dapat terlepas dari refrigerant sekunder karena sifat dari refrigerant primer yang mudah menguap, selanjutnya refrigerant primer melanjutkan siklusnya ke kondensor melepaskan kalornya ke lingkungan. Selepas dari kondensor fase cair dari refrigerant melewati katup ekspansi, disini refrigerant diturunkan tekanan dan temperaturnya hingga mencapai temperatur dan tekanan evaporasi dengan cara dikabutkan.

Sedangkan pada refrigerant sekunder yang memiliki viskositas yang lebih dibanding refrigerant primer setelah dari generator turun bersikulasi ke katup trotel yang kemudian kembali ke absorber.

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 absorbsi

Sumber : Stoecker (1996:309)2.2.3 Fungsi Mesin Pendingin

Fungsi utama mesin pendingin adalah menyerap kalor dari sistem bertemperatur rendah ke lingkungan bertemperatur tinggi guna mencapai efek pendinginan. Fungsinya dibagi menjadi :

1. Air Conditioner (AC)

AC digunakan untuk mempertahankan kelembaban relatif di dalam suatu ruangan sehingga diperoleh kenyamanan. Mesin ini banyak digunakan di kantor, kendaraan, dan lain-lain.Tambahkan Gambar !2. Freezer

Berfungsi untuk mendapatkan temperatur yang sangat rendah dan biasanya mencapai 0oC (32oF). Digunakan pada pembuatan es, pengawetan daging, dan lain-lain.Tambahkan Gambar !

3. Cold Storage

Berfungsi untuk menstabilkan temperatur nisbi sehingga sering digunakan untuk menyimpan alat-alat kedokteran.Tambahkan Gambar !

2.2.4 Bagian Utama Mesin Pendingin Kompresi Uap1. Kompresor

Fungsi Kompresor : berfungsi menekan refrigeran hingga terjadi kenaikan tekanan di kondensor dan berfungsi mensirkulasikan refrigeran dalam system Jenis Kompresor berdasarkan cara kerja kompresi :a. Kompresor torak (Reciprocating)Jelaskan dan berikan gambar !

b. Kompresor putar (Rotary)Jelaskan dan berikan gambar !

c. Kompresor heliks atau sekrup (helix or screw)Jelaskan dan berikan gambar !

d. Kompresor skrol (Scroll)Jelaskan dan berikan gambar !

e. Kompresor sentrifugal (centrifugal).Jelaskan dan berikan gambar !

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

a. Evaporator Tabung dan CoilJelaskan dan berikan gambar !b. Evaporator Tabung dan Pipa Jenis Ekspansi KeringJelaskan dan berikan gambar !c. Evaporator Kecil Dengan Pendingin UdaraJelaskan dan berikan gambar !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 PengamanJelaskan dan berikan gambar !b. Katup Ekspansi ManualJelaskan dan berikan gambar !c. Katup Ekspansi Tekanan KonstanJelaskan dan berikan gambar !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 horizontalJelaskan dan berikan gambar !b. Kondensor tabung dan pipa coilJelaskan dan berikan gambar !c. Kondensor jenis pipa gandaJelaskan dan berikan gambar !d. Kondensor Pendingin Udara Koil Bersirip Pelat Jelaskan dan berikan gambar !2.2.5 Siklus Mesin Pendingin

Siklus thermodinamika 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.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Gambar 2.3 Siklus Refrigerasi Carnot

Sumber : 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 carnot

Sumber : 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 bias 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. 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 Carnot

Sumber : 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 Standar

Sumber : Stoecker (1996:115)

Keterangan :

1 2: Proses Kompresi uap refrigerant2 3: Proses merubah uap refrigerant menjadi cair

3 4: Proses penurunan tekanan

4 1: Proses pengambilan kalor oleh uap refrigerant

Gambar 2.7 Daur Kompresi Uap Standar

Sumber : 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 refrigerant yang ada pada evaporator. Refrigerant lalu berubah wujud menjadi fase uap kering lalu dialirkan ke kompresor. Di kompresor terjadi proses kompresi pada refrigerant untuk meningkatkan tekanan refrigerant sehingga refrigerant bias mencapai tekanan dan temperature kondensasi, selanjutnya dialikan ke kondensor. Prinsip kerja utama dari kondensor adalah melepas kalor refrigerant, hal ini dilakukan dengan cara mendinginkan refrigerant hingga berubah wujud mencajid cair, kalor yang dilepas oleh refrigerant dibuang ke lingkungan.

Setelah melewati kondensor refrigerant yang telah berbentuk cair dialirkan ke katup ekspansi, di katup ekspansi terjadi proses penurunan tekanan refrigerant dengan cara dikabutkan. Proses ini bertujuan untuk mendapatkan refrigerant yang berwujud uap jenuh sebelum memasuki evaporator untuk menjalani siklus kembali.Tabel 2.1 Proses Terjadinya Siklus Refrigerasi

ProsesAlatPTShEfekPerubahan Fase

QW

1-2 (Kompresi

Isentropik)Kompresorc0h1-h2UJK UPL

2-3 (Pembuangan Kalor Isobarik)Kondensorch3-h20UPL cair

3-4 (Ekspansi

Isoentalpi)Katup Ekspansic00Cair UJ

4-1 (Penyerapan Kalor)Evaporatorcch4-h10UJ UJK

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

Gambar 2.8 Gambar daur kompresi uap nyata dibanding daur standar

Sumber : 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 preubahan fase embun ke cair pada kondensor agar kerja kondensor menjadi lebih ringan. Sub-cooling bermanfaat karena kerja kondensor lebih ringan. 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.2.2.6 AC CentralAC 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

Gambar 2.9 Skema instalasi AC central

Sumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin 2014/2015Secara 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 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. FilterPenyaring udara dari kotoran, debu, atau partikel-patikel lainnya sehingga diharapkan udara yang dihasilkan lebih bersih.

b. Centrifugal FanBerfungsi 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 TowerFungsi 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.

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.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 6C 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.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.

Kelebihan dan kekurangan sistem AC centralKelebihan

-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

2.2.7 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. Internala. 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 :

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 didalamruang 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)

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

CLF = factor beban pendinginan

b. InfiltrasiBeban pendinginan yang diakibatkan adanya pertukaran udara pendinginan dengan udara luar tanpa kendali :

Keterangan :

qA = beban pendinginan akibat pertukaran udara dingin udara luar tanpa kendali (joule/s)

= laju Infiltrasi (kg/h)

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

CLF = factor beban pendinginan

c. Radiasi

Beban pendingian yang disebabkan adanya kalor yang berasal dari luar ruangan berupa radiasi matahari (beban panas matahari melalui permukaan tembus cahaya).

qb = . . A

Keterangan :

qb = beban pendinginan akibat pertukaran udara dengan udara luar

= bilangan Boltzman

= emisitas permukaan

A = luas panas (m)

T1 = temperatur Absolute luar (K)

d. Perpindahan Panas

Beban pendinginan yang berasal karena perpindahan panas dari lingkungan yang tidak diinginkan

Qs = U.A.T

Keterangan;

Qs = beban pendinginan akibat perpindahan panas dari lingkungan yang tidak diinginkan

U = koefisien perpindahan panas total (joule/cmok)

Y = 1/RT ; RT = R1 + Ra + Rs +Ra

A = luas panas (m)

T = beda temperatur (K)

2.2.8 Refrigerant

Refrigerant adalah zat pendingin atau media pembawa kalor yang mudah diubah bentuknya dari cair menjadi gas atau atau sebaliknya dengan menyerap atau melepas kalor yang digunakan dalam sirkulasi mesin pendingin.

2.2.8.1 Macam macam RefrigerantBerdasarkan 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 HolocarbonMempunyai satu atau lebih atom dari salah satu halogen (klorin, flourin, bromin)Tabel 2.2 Beberapa refrigerant holocarbonNomor RefrigerantNama KimiaRumus Kimia

11TrikloromonofluorometanaCCl3F

12DiklorodifluorometanaCCl2F2

13TriklorotriplorometanaCClF3

22MonoklorodifluorometanaCHClF2

40Metil kloridaCH3Cl

113TriklorotrifluoroetanaCCl2FCClF2

114DiklorotetrafluoroetanaCClF2CClF2

Sumber : Stoecker (1992:279)b. AnorganikMerupakan refrigerant terdahulu yang masih digunakan pada saat ini, contoh : amonia (NH3), air (H2O), udara, CO2, SO2.

Tabel 2.3 Beberapa refrigerant anorganikNomor RefrigerantNama KimiaRumus Kimia

717AmoniaNH3

718AirH2O

729Udara

744KarbondioksidaCO2

764Sulfur dioksidaCO2

Sumber : Stoecker (1992:280)

c. HidrocarbonBanyak 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

Nomor RefrigerantNama KimiaRumus Kimia

50MetanaCH4

170EtanaC2H6

290PropanaC3H8

Sumber : Stoecker (1992:280)

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.

2.2.8.2 Syarat syarat Refrigerant1. Tekanan penguapan harus tinggi

Sebaiknya refrigerant memiliki temperatur penguapan pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi.

2. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi

Apabila tekanan pengembunannya rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat dihindari. Mesin dapat bekerja lebih aman.

3. Kalor laten penguapan harus tinggi

Karena menguntungkan untuk kapasitas refrigerasi yang sama jumlah refrigerant bersirkulasi menjadi lebih kecil.

4. Volume spesifik (terutama dalam fase gas)

Memungkinkan penguapan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil.

5. Koefisien prestasi harus tinggi.

6. Konduktivitas termal yang tinggi.

7. Viskositas yang rendah dalam fase cair maupun gas

8. Refrigerant harus stabil dan tidak bereaksi pada material2.2.9 Kelebihan dan Kekurangan Refrigerant Hydrocarbon dan Holocarbona. Refrigerant HolocarbonKelebihan

1. Kemudahan mengalir yang tinggi keadaan cair

2. Tidak menyebabkan ledakan

3. Tidak membawa aliran listrik

4. Tekanan kondensasi dan suhu keluar yang tinggi dalam mesin refrigerant

Kekurangan

1. Dapat menyebabkan kerusakan lapisan ozon dan pemanasan global

2. Jenis refrigerasi yang kurang aman untuk digunakan dalam proses refrigerantb. Refrigerant hydrocarbonKelebihan

1. Ramah lingkungan yang ditunjukkan dengan nilai ozon depleting potensial

2. Properti termofisika dan karakteristik perpindahan yang baik

3. Kerapatan fase uap yang rendah

4. Kelarutan yang baik

5. Dapat menurunkan konsumsi tenaga listrik 15 25%

Kekurangan

1. Sifatnya mudah terbakar

2.2.10 Istilah - istilah Mesin Pendingin

1. Panas Laten

Jumlah panas yang diambil atau diberikan kepada suatu zat dimana akan menyebabkan terjadinya perubahan fase/wujud dari zat yang bersangkutan tanpa mengalami perubahan temperatur.

2. Panas Sensible

Jumlah panas yang diambil atau diberikan kepada suatu zat dimana akan menyebabkan terjadinya perubahan temperatur tanpa mengalami perubahan fase/wujud dari zat yang bersangkutan.

3. Panas Spesifik

Jumlah panas/kalor yang diperlukan setiap kilogram massa zat untuk menaikkan temperaturnya sebesar satu derajat Celcius.

4. Wet Bulb Temperatur

Temperatur udara yang tidak memperhitungkan pengaruh radiasi, konduksi, dan konveksi.

5. Dry Bulb Temperatur

Temperatur udara yang memperhitungkan.pengaruh radiasi, konduksi, dan konveksi.

6. Kelembaban Absolut

Perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering dalam suatu volume campuran.7. Kelembaban Relatif

Perbandingan antara tekanan parsial uap air dalam suatu campuran tehadap tekanan jenuhnya pada temperatur yang sama. 8. Refrigerant effect

Kemampuan suatu refrigerant (zat pendingin) untuk menyerap panas/kalor agar berubah fase/wujudnya berubah dari cair menjadi uap.

9. Enthalpy

Jumlah kalor yang dikandung oleh setiap kilogram zat pada tekanan dan temperatur tertentu ditambah dengan kerja yang bekerja pada zat tersebut yang merupakan perkalian antara tekanan yang bekerja pada zat tersebut dengan volume spesifiknya.10. Coeficient of Performance (COP)

Perbandingan antara panas yang diserap oleh refrigerant (zat pandingan) dengan kerja kompresor.

11. Beban Pendinginan

Kalor yang diambil tiap detik dari produk yang diinginkan (kJ/detik). Manfaatnya untuk meramalkan kalor yang mampu diserap tiap detik oleh instalasi mesin pendingin.

12. Kapasitas Pendinginan

Jumlah kalor yang diserap oleh refrigerant dari benda atau fluida yang hendak didinginkan.

13. Tor refrigerant

Laju aliran kapasitas refrigerant digunakan untuk menyerap panas yang ada di dalam sistem tiap satuan waktu. Jadi tor refrigerant merupakan satuan daya dalam British (Btu/jam).

2.2.11 Rumus - Rumus yang Digunakan1. Antara penampang C-D pada Air Flow Duct

Gambar 2.10 Penampang C-D

Sumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB Semester Genap 2014/2015a. 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 psycometryhC= enthalpy udara di penampang C

hD= enthalpy udara di penampang D

PH2= Daya reheaterHLC-D= kerugian energi pada daerah C-D

c. Didapat :

Kalor hilang Antara C-D ; HL C-D dalam satuan kJ/s2. Kondisi penampang B C

Gambar 2.11 Penampang B C

Sumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB Semester Genap 2014/2015a. Kesetimbangan energi:

b. Kekekalan massa

B - C = Con B = C+Conc. 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 keluarevaporatorhcon= 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 psycometry3. Kondisi Pada penampang A-B

Gambar 2.12 Penampang A B

Sumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin Mesin FT-UB Semester Genap 2014/20152.1 Keseimbangan energi

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

2.2 Kekekalan massa

B = A + S2.3 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 bolierHs = enthalpy uap

Pp = daya pemanas preheaterPk = daya pemanas boliermA = laju alir massa udara luar yang dihisap blowerH 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)2.3Dasar 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 mengetahui sifat-sifat termodinamika udara dan mengidentifikasi proses fisik yang terjadi di lingkungan.

Gambar 2.13 Psikometri

Sumber : Cengel (2006:996)2.3.2Temperatur Bola Basah (Wet Bulb) dan Temperatur Bola Kering (Dry Bulb)a.Temperatur bola basah

Sensor pada termometer dibalut kain basah untuk menghilangkan efek radiasi panas.

b.Temperatur bola kering

Temperatur dapat dibaca dengan sensor kering dan terbuka namun tidak tetap karena pengaruh radiasi panas, kecuali memperoleh ventilasi cukup baik.

2.3.3Dew PointTemperatur dew point adalah temperatur dimana embun mulai terbentuk. Artinya udara mulai berubah menjadi embun setelah mengalami proses pendinginan pada tekanan konstan.

2.3.4Absolute Humidity dan Relative HumidityApabila atmosfer tanpa kandungan uap air, maka campuran gas dikenakan denagn udara kering (dry air). Apabila uap air ada dalam gas tersebut dikenal dengan udara basah (wet air). Jumlah uap air ruang kurang dari tekanan jenuh temperatur tertentu mengandung uap air maka penguapan akan berlangsung terus sampai tekanannya menjadi tekanan jenuh untuk temperatur tersebut. Relative humidity digunakan untuk menyatakan perbandingan antara tekanan parsial uap air suatu campuran terhadap tekanan jenuhnya pada temperatur yang sama. 2.4 Teknologi Pengkondisian Udara Terbaru

BAB III

PELAKSANAAN PRAKTIKUM

3.1 Peralatan praktikuma. Alat yang digunakan :

1. Manometer.Jelaskan dan Tambahkan Gambar !2. Termometer.Jelaskan dan Tambahkan Gambar !3. Regavolt.Jelaskan dan Tambahkan Gambar !4. Load Control Panel.Jelaskan dan Tambahkan Gambar !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.3.2 Spesifikasi Peralatan

a. Tipe : A-573/91159 vapour compression refrigeration unitsb. Produk : udara lewat air flow ducts dengan parameter yang bervariasi

c. Refrigeran : Freon R-22d. Kompresor : Panasonic 2JS350D3BB02; 1760 watt, 220 watt, 50hz

Gambar 3.1 Instalasi Mesin Pendingin dan Pengkondisisn Udara

Sumber: Manual Book Mesin AC BENCH PA HILTON A572

3.3 Prosedur Pelaksanaan Percobaan Air Conditioninga. Persiapan Percobaan

Instalasi telah disiapkan untuk melaksanakan percobaan dan pengambilan data.b. Menjalankan Instalasi

1. Saklar diputar 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.

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 dengan memutar saklar menjadi OFFe) Cabut steker dan power supply3.4 Pengambilan Dataa. 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 Benchb. 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.

EMBED Equation.3

_1472563713.unknown

_1472563717.unknown

_1472563722.unknown

_1472563724.unknown

_1472571974.unknown

_1472572397.unknown

_1472563727.unknown

_1472563728.unknown

_1472563725.unknown

_1472563723.unknown

_1472563720.unknown

_1472563721.unknown

_1472563718.unknown

_1472563715.unknown

_1472563716.unknown

_1472563714.unknown

_1472238887.unknown

_1472563710.unknown

_1472563712.unknown

_1472238888.unknown

_1472238885.unknown

_1472238886.unknown

_1472238884.unknown