MODUL PRAKTIKUM - pendingin.teknik.ub.ac.idpendingin.teknik.ub.ac.id/wp-content/uploads/2019/09/Modul-Praktikum... · macam – macam mesin pendingin, beban pendinginan, kapasitas

1

LABORATORIUM MESIN PENDINGIN

MODUL PRAKTIKUM

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

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

2


MODUL PRAKTIKUM

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.

3


MODUL PRAKTIKUM

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

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

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

4


MODUL PRAKTIKUM

2.2.3 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,p.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.

5


MODUL PRAKTIKUM

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


2.2.4 Fungsi Mesin Pendingin

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

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

2.2.5 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

6


MODUL PRAKTIKUM

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 koil

c. Kondensor jenis pipa ganda

d. Kondensor Pendingin Udara Koil Bersirip Pelat

2.2.6 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.

7


MODUL PRAKTIKUM

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

8


MODUL PRAKTIKUM

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

9


MODUL PRAKTIKUM

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.

10


MODUL PRAKTIKUM

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

11


MODUL PRAKTIKUM

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.

2.2.7 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

12


MODUL PRAKTIKUM

Gambar 2.9 Skema instalasi AC central

Sumber : Modul Praktikum Mesin Pendingin 2018/2019

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

13


MODUL PRAKTIKUM

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)

14


MODUL PRAKTIKUM

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

15


MODUL PRAKTIKUM

- 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

2.2.8 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:

b. Peralatan

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah kalor yang dilepas dari peralatan

– peralatan yang berada diruang pendingin tersebut :

2. Eksternal

a. Ventilasi

16


MODUL PRAKTIKUM

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya pertukaran udara luar ruangan tetapi

terkendali untuk memenuhi kebutuhan akan udara yang dibutuhkan oleh tiap produk

(orang) :

b. Infiltrasi

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya pertukaran udara pendinginan dengan

udara luar tanpa kendali :

c. Radiasi

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

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

d. Perpindahan Panas

Beban pendinginan yang berasal karena perpindahan panas dari lingkungan yang tidak

diinginkan

2.2.9 Refrigerant

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

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

2.2.9.1 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

17


MODUL PRAKTIKUM

13 Triklorotriplorometana CClF3

22 Monoklorodifluorometana CHClF2

40 Metil klorida CH3Cl

113 Triklorotrifluoroetana CCl2FCClF2

114 Diklorotetrafluoroetana CClF2CClF2

Sumber : Stoecker (1992:279)

b. Anorganik

Merupakan refrigerant terdahulu yang masih digunakan pada saat ini, contoh :

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

Tabel 2.3

Beberapa refrigerant anorganik


717 Amonia NH3

718 Air H2O

729 Udara

744 Karbondioksida CO2

764 Sulfur dioksida SO2


c. Hidrocarbon

Banyak senyawa hidrocarbon yang digunakan sebagai refrigerant, khususnya

untuk dipakai pada industri perminyakan dan petrokimia. Diantaranya adalah metana

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

Tabel 2.4

Refrigerant hidrokarbon


50 Metana CH4

170 Etana C2H6

290 Propana C3H8


18


MODUL PRAKTIKUM

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.

2.2.9.2 Syarat-syarat refrigerant

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

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

2.2.10 Kelebihan dan Kekurangan Refrigerant Hydrocarbon dan Holocarbon

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

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

2.2.11 Istilah - istilah Mesin Pendingin

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

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

2.2.12 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 2018/2019

19


MODUL PRAKTIKUM

a. Keseimbangan Energi

mchc – mdhd = - PH2 + HLC-D ............................................................................. (2 – 1)

b. Kekekalan massa aliran fluida:

mc = md – m0 ; m0 = massa alir

udara lewat oriface pada ujung duct

ikkgv

zm

d

det/0504.00

............................................................................. (2 – 2)

Keterangan:

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:

20


MODUL PRAKTIKUM

CLBConConrefCCBB HhmQhmhm

....................................................... (2 – 9)

b. Kekekalan massa

m B -

m C =

m Con →

m B =

m C+

m Con .......................................................... (2 – 10)

c. Didapat

Beban pendinginan evaporator Qref, sehingga dapat dihitung.

comp

ref

aktualW

QCOP ............................................................................................................... (2 – 11)

Losses of energy

HLB-C dalam [kJ/s]

Keterangan :

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


21


MODUL PRAKTIKUM

a. Keseimbangan energi

m A . hA -

m B . hB = Pm -

m s . hs – Pp + HL A-B ................................................ (2 – 12)

b. Kekekalan massa

m B =

m A +

m S ............................................................................................... (2 – 13)

Didapat:

Kerugian Energi (HL A-B)

Dengan mengabaikan losses yang dapat dihitung efisiensi Boiler :

K

KK

P

Q

%100xP

hm

k

ss

k

......................................................................................... (2 – 14)

Keterangan :

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 :

𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 =𝑄1

𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝 ........................................................................................... (2 – 15)

Keterangan :

Q1 = Qref untuk COPaktual

= mBhB – (mChC + mconhcon)

22


MODUL PRAKTIKUM

Sedangkan COPideal dapat dicari dengan persamaan

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =ℎ1−ℎ4

ℎ2 −ℎ1 ............................................................................................. (2 – 16)

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

2.3 Dasar Pengkodisian Udara

2.3.1 Psikometri

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

mempunyai arti penting dalam pengkondisian udara atau penyegaran udara karena atmosfer

merupakan campuran antara udara dan uap air. Psikometri digunakan untuk mengetahui sifat-

sifat termodinamika udara dan mengidentifikasi proses fisik yang terjadi di lingkungan.

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

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

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

2.3.3 Dew Point

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

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

2.3.4 Absolute Humidity dan Relative Humidity

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

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

2.4 HVAC

2.4.1 Pengertian HVAC

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

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

2.4.2 Heating

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

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

2.4.3 Ventilation

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

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

2.4.4 Air Conditioning

23


MODUL PRAKTIKUM

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

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

24


MODUL PRAKTIKUM

BAB III

PELAKSANAAN PRAKTIKUM

3.1 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.

3.2 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

25


MODUL PRAKTIKUM

Gambar 3.1 Instalasi Mesin Pendingin dan Pengkondisisn Udara

Sumber: Manual Book Mesin AC BENCH PA HILTON A572

3.3 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.

26


MODUL PRAKTIKUM

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

3.4 Pengambilan Data

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

temperatur refrigerant masuk dan keluar evaporator serta kondensor; tekanan refrigerant

keluar evaporator dan kondensor; tekanan pada Inclined manometer; temperatur

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

Bench

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

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

c. Setiap kombinasi parameter diambil data sebanyak 3x.

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

keadaan steady.

Documents

MODUL PRAKTIKUM - pendingin.teknik.ub.ac.idpendingin.teknik.ub.ac.id/wp-content/uploads/2019/09/Modul-Praktikum... · macam – macam mesin pendingin, beban pendinginan, kapasitas