1pendingin.teknik.ub.ac.id/wp-content/uploads/2018/02/... · web viewsub-cooling, kondisi dimana...

1

20

BAB I

PENDAHULUAN

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

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.

BAB II

DASAR 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

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

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 uap

Sumber : 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.

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


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

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.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Gambar 2.3 Siklus Refrigerasi Carnot


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


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. 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


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


Keterangan :

1 – 2: Proses Kompresi uap refrigerant

2 – 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


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.

Tabel 2.1 Proses Terjadinya Siklus Refrigerasi

Proses

Alat

P

T

S

H

Efek

Perubahan Fase

Q

W

1-2 (Kompresi

Isentropik)

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 (Ekspansi

Isoentalpi)

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

Gambar 2.8 Gambar daur kompresi uap nyata dibanding daur standar


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

Gambar 2.9 Skema instalasi AC central

Sumber : 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.

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 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.

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 :

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) :

Clf

h

m

n

q

v

o

b

.

.

.

D

=

Keterangan :

qb = beban pendinginan akibat pertukaran udara dengan udara luar terkendali (suhu/detik)

n = banyaknya produk (orang)

o

m

= 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 :

Clf

h

m

q

vi

o

A

.

.

D

=

Keterangan :

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

vi

o

m

= 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

ú

ú

û

ù

ê

ê

ë

é

÷

ø

ö

ç

è

æ

-

÷

ø

ö

ç

è

æ

4

2

4

1

100

100

T

T

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

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

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


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

Nomor Refrigerant

Nama Kimia

Rumus Kimia

717

Amonia

NH3

718

Air

H2O

729

Udara

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

Nomor Refrigerant

Nama Kimia

Rumus Kimia

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.

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-D

Sumber : 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

(

)

ik

kg

v

z

m

d

det

/

0079

.

0

0

=

·

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

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 – C


a. Kesetimbangan energi:

C

LB

Con

Con

ref

C

C

B

B

H

h

m

Q

h

m

h

m

-

·

·

·

+

+

=

-

b. Kekekalan massa

·

m

B -

·

m

C =

·

m

Con →

·

m

B =

·

m

C+

·

m

Con

c. Didapat

· Beban pendinginan evaporator Qref, sehingga dapat dihitung.

comp

ref

aktual

W

Q

COP

=

· 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 – B


a. Keseimbangan energi

·

m

A . hA -

·

m

B . hB = Pm -

·

m

s . hs – Pp + HL A-B

b. Kekekalan massa

·

m

B =

·

m

A +

·

m

S

Didapat:

· Kerugian Energi (HL A-B)

· Dengan mengabaikan losses yang dapat dihitung efisiensi Boiler :

K

K

K

P

Q

=

h

%

100

x

P

h

m

k

s

s

k

·

=

h

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)

2.3Dasar 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.

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

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

2.3.3Dew Point

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

2.3.4Absolute Humidity dan Relative Humidity

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

2.4 HVAC

2.4.1 Pengertian HVAC

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

2.4.2 Heating

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

2.4.3 Ventilation

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

2.4.4 Air Conditioning

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

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

Gambar 3.1 Instalasi Mesin Pendingin dan Pengkondisisn Udara

Sumber: 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.

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.

� EMBED Equation.3 ��

_1472563714.unknown

_1472563718.unknown

_1472563723.unknown

_1503824520.unknown

_1580475189.unknown

_1472563725.unknown

_1472563728.unknown

_1472572397.unknown

_1472563727.unknown

_1472563724.unknown

_1472563721.unknown

_1472563722.unknown

_1472563720.unknown

_1472563716.unknown

_1472563717.unknown

_1472563715.unknown

_1472238887.unknown

_1472563712.unknown

_1472563713.unknown

_1472238888.unknown

_1472238885.unknown

_1472238886.unknown

_1472238884.unknown

1pendingin.teknik.ub.ac.id/wp-content/uploads/2018/02/... · web viewsub-cooling, kondisi dimana...

Documents