mesin penangkap air dari udara menggunakan … · yang menimbulkan penurunan kualitas dan...

1

MESIN PENANGKAP AIR DARI UDARA MENGGUNAKAN

SIKLUS KOMPRESI UAP DENGAN KECEPATAN PUTAR

KIPAS 400 RPM DAN 450 RPM

SKRIPSI

Untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin

Oleh:

RISWOKO

NIM : 135214102

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

WATER CAPTURE MACHINE FROM AIR USING VAPOR

COMPRESSION CYCLE WITH FAN SPIN SPEED 400 RPM

AND 450 RPM

FINAL PROJECT

Presented as partial fulfillment of the requirements

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By:

RISWOKO

NIM :135214102

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018

ii


iii


iv


v

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah digunakan untuk memperoleh gelar sarjana di suatu Perguruan

Tinggi, dan sejauh pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang

pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu

dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 25 Januari 2018

Riswoko

v


vi

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Riswoko

Nomor Induk Mahasiswa : 135214102

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

Mesin penangkap air dari udara menggunakan siklus kompresi uap dengan

kecepatan putar kipas 400 rpm dan 450 rpm

Beserta perangkat yang diperoleh. Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain

untuk kepentingan akademis, tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun

memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis.

Demikian ini pernyataan yang saya buat dengan sebenarnya.


Riswoko

vi


vii

ABSTRAK

Terkait dengan masalah air bersih dari dalam tanah yang sudah tercemar yang menimbulkan penurunan kualitas dan kuantitasnya di Indonesia, maka diperlukan solusi yang tepat guna menemukan sumber air alternatif layak konsumsi untuk masyarakat. Penelitian dilakukan untuk memperoleh beberapa hasil, antara lain : (a) Melakukan perancangan dan perakitan mesin penangkap air dari udara yang praktis, aman dan ramah lingkungan, (b) Mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan di dalam mesin penangkap air dari udara meliputi : (1) Nilai Win, (2) Nilai Qin, (3) Nilai Qout, (4) Nilai COPaktual, COPideal, dan Efisiensi, (5) nilai ṁref, (c) Mengetahui jumlah air yang dihasilkan oleh mesin penangkap air dari udara per jam dalam satuan liter.

Dalam penelitian yang dilakukan secara eksperimen di laboratorium, dirakit mesin penangkap air dari udara menggunakan system pendingin Air Conditioner yang bekerja dengan siklus kompresi uap terdiri dari kompresor berdaya 1,5 PK, kondensor, pipa kapiler, dan evaporator. Refrigeran yang digunakan dalam penelitian berjenis R22. Modifikasi yang diterapkan pada penelitian adalah penambahan 2 buah kipas pada kondensor (satu kipas di depan kondensor dan satu kipas di belakang kondensor) dan 1 buah kipas di depan evaporator sebagai pemadat udara. Penerapan variasi dilakukan terhadap kipas yang terdapat di depoan evaporator yang berfungsi sebagai pemadat udara dengan menggunakan dimmer(pengendali kecepatan kipas).Untuk keperluan pengambilan data ditambahkan alat ukur sepertihygrometer, digital thermometer, thermocouple,dan gelas ukur.

Hasil penelitian menunjukan bahwa : (a) Mesin penangkap air dari udara berhasil dibuat dan dapat bekerja sesuai harapan dengan memenuhi beberapa kondidi, antara lain : praktis, aman, dan ramah lingkungan, (b) Dari penelitian yang dilakukan, diketahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan di dalam mesin penangkap air dari udara, antara lain : (1) nilai Win tertinggi sebesar 40 kJ/kg pada variasi tanpa kipas, (2) nilai Qout tertinggi sebesar 211 kJ/kg pada variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm, (3) nilai Qin tertinggi sebesar 174 kJ/kgpada variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm,(4) nilai COPaktual tertinggi sebesar 4,70 pada variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm, nilai COPideal tertinggi sebesar 5,61 pada variasi tanpa kipas, Efisiensi tertinggi sebesar 84,42% pada variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm, (5) nilai ṁreftertinggi sebesar 0,079 pada variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm, dan (c) hasil air tertinggi yang dapat dihasilkan yaitu 4,504 liter/jam didapatkan pada variasi kecepatan kipas 450 rpm. Hal ini membuktikan bahwa putaran kecepatan kipas pemadat udara yang tinggi akan mempengaruhi banyaknya jumlah air yang dihasilkan oleh mesin penangkap air dari udara dimana nilai Qin, Qout, COPaktual, COPideal, Efisiensi, dan ṁrefjuga besar. Sedangkan tingginya kecepatan putaran kipas pemadat udara akan menurunkan nilai Win.

Kata Kunci :Air Conditioner, Siklus Kompresi Uap, Mesin Penangkap Air dari Udara.

vii


viii

ABSTRACT

In relation to the problem of clean water from the contaminated soil causing degradation of its quality and quantity in Indonesia, the right solution is needed to find a viable alternative water source for the community. The research was conducted to obtain some results, among others: (a) Conducting design and assembling of water-catching machine from air that is practical, safe and environmentally friendly, (b) Knowing the characteristics of vapor compression cycle machine used in air catching machine from air include: (1) Win Value, (2) Qin Value, (3) Qout Value, (4) COPactual, COPideal, and Efficiency Value, (5) value ṁref, (c) Knowing the amount of water produced by air-catching machine from air hour in liters.

In experiments conducted in laboratory, assembled air catching machine using Air Conditioner cooling system that works with vapor compression cycle consisting of 1.5 PK power compressor, condenser, capillary pipe, and evaporator. Refrigerant used in research type R22. The modifications applied to the research were the addition of 2 fans on the condenser (one fan in front of the condenser and one fan behind the condenser) and 1 fan in front of the evaporator as an air compactor. The application of variation is done to the fan in the evaporator depot that serves as an air compactor using a dimmer (fan speed controller). For the purposes of data collection added measuring tools such as hygrometer, digital thermometer, thermocouple, and measuring cups.

The result of the research shows that: (a) Air catching machine from air is successfully made and can work as expected by fulfilling some conditions, such as: practical, safe, and environmentally friendly, (b) From the research conducted, it is known that the machine characteristics of vapor compression cycle (1) the highest Win value of 40 kJ / kg on fanless variation, (2) the highest Qout value of 211 kJ / kg at the fan speed variation of 450 rpm, (3) ) the highest Qin value of 174 kJ / kg at the fan speed variation of 450 rpm, (4) the highest COPactual value of 4.70 at the fan speed variation of 450 rpm, the highest COPideal value of 5.61 on fanless variation, the highest Efficiency of 84,42% at variation of speed of fan rotation 450 rpm, (5) highest value of ṁref equal to 0,079 at variation of speed of fan speed 450 rpm,and (c) the highest water yield that can be generated is 4.504 liters / hour obtained at a fan speed variation of 450 rpm. This proves that the high speed rotation of the air compact fan will affect the amount of water produced by the air capture machine from the air where the Qin, Qout, COPualual, COPideal, Efficiency, and ṁref values are also large. While the high speed rotation of the air compact fan will decrease the value of Win.

Keywords: Air Conditioner, Vapor Compression Cycle, Water Capture Machine from Air

viii


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena

atas rahmat dan berkah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini

dengan baik dan lancar.

Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik, di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan skripsi.

Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai

pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Oleh karena itu,

pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan

terima kasih atas segala bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moral,

materi maupun spiritual antara lain kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing skripsi.

3. Wibowo Kusbandono, S.T.,M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang

telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar

diProgram Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma, Yogyakarta.

4. Doddy Purwadianto, M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Prodi Teknik

Mesin Fakultas Sains dan Teknologi,Universitas Sanata Dharma

ix


x

5. Segenap Dosen dan Tenaga Kependidikan Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan

bimbingan selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan skripsi.

6. Keluarga tercinta, Bapak Marsin, Ibu Maryuni, dan Bagus Pameling. Terima

kasih atas doa, penghiburan dan fasilitas selama kuliah termasuk selama

proses penulisan skripsi.

7. Teman-teman satu kelompok, Agus Prasetyo, Yulius Wahyu Triatmoko,

Yakub Emanuel atas kerjasama dan kebersamaan dari awal pengerjaan skripsi

sampai penulisan skripsi selesai.

8. Exsuperantia Gredina Aldama, yang telah menumbuhkan semangat untuk

penulisan skripsi

9. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2013 Universitas Sanata Dharma dan

teman-teman saya lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per satu, terima

kasih.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skrpsi ini. Oleh karena

itu, penulis menerima saran dan kritik dari pembaca demi perbaikan skripsi. Akhir

kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.


Riswoko

x


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………………………….i

TITTLE PAGE……………………………..............................................................ii

HALAMAN PERSETUJUAN…………………………………………………...iii

HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………………….iv

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI…………………………………………..v

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI………………………………………..vi

ABSTRAK………………………………………………………………….........vii

ABSTRACT……………………………………………………………………..viii

KATA PENGANTAR……………………………………………………………ix

DAFTAR ISI……………………………………………………………………...xi

DAFTAR GAMBAR……………………………………………………………xiii

DAFTAR TABEL…………………………………………………………..….xviii

BAB 1 PENDAHULUAN…………………………………………………….......1

1.1. Latar Belakang…………………………………………………………...1

1.2. Rumusan Masalah ........................................................................... …...3

1.3. Tujuan Penelitian ........................................................................... …...3

1.4. Batasan-batasan dalam Pembuatan Mesin …...3

1.5. Manfaat Penelitian .......................................................................... …...4

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA………………………….5

5.1. Dasar Teori……………………………………………………………….5

2.1.1. Metode-Metode Penangkap Air dari Udara…………………………5

2.1.2. Psychrometric Chart………………………………………………..11

xi


xii

2.1.3. Parameter – Parameter pada Psychrometric Chart…………………13

2.1.3.1. Proses – proses pada Psychrometric Chart…………………....14

2.1.3.2. Proses – proses Yang Terjadi pada Mesin Penangkap

Air Dari Udara……………………………………………...…20

2.1.3.3. Perhitungan – perhitungan pada Psychrometric Chart………..22

2.1.4. Siklus Kompresi Uap Standar ( Teoritis ).........................................24

2.1.4.1. Komponen – komponen pada Siklus Kompresi Uap……….....28

2.1.4.1.1. Komponen Utama………………………………………...29

2.1.4.1.2. Komponen Pendukung…………………………………....31

2.1.5. Perhitungan – perhitungan pada Siklus Kompresi Uap…………....33

2.1.5.1. Kerja Kompresor ( Win )……………………………………...33

2.1.5.2. Besarnya Energi Kalor Yang Dilepas Kondensor ( Qout )…....34

2.1.5.3. Besarnya Energi Kalor Yang Diserap Evaporator ( Win )…....34

2.1.5.4. COPaktual……………………………………………………..34

2.1.5.5. COPideal………………………………………………………35

2.1.5.6. Efisiensi Mesin Penangkap Air Dari Udara…………………...35

5.2. Tinjauan Pustaka………………………………………………………..36

BAB III METODOLOGI PENELITIAN………………………………………39

3.1. Obyek Penelitian………………………………………………….........39

3.2. Variasi Penelitian…………………………………………………....…40

3.3. Alat dan Bahan Mesin Penangkap Air Dari Udara………………….…40

3.3.1. Alat………………………………………………………………....40

3.3.2. Bahan……………………………………………………………....42

xii


xiii

3.4. Alat Bantu Penelitian…………………………………………………52

3.5. Tata Cara Penelitian…………………………………………………..55

3.5.1. Alur Pelaksanaan Penelitian………………………………………55

3.5.2. Pembuatan Mesin Penangkap Air Dari Udara……………………56

3.6. Skema Pengambilan Data Penelitian……………………………….…58

3.7. Cara Mendapatkan Data………………………………………………59

3.8. Cara Mengolah Data………………………………………………..…62

3.9. Cara Mendapatkan Kesimpulan dan Saran……………………………63

BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN……64

4.1. Hasil Penelitian………………………………………………………...64

4.2. Perhitungan Siklus Kompresi Uap………………………..……………66

4.2.1. Analisis Psychrometric Chart……………………………….....…66

4.2.2. Perhitungan pada Psychrometric Chart……………………..……68

4.2.3. Diagram P-h……………………………………………...………70

4.2.4. Perhitungan pada Diagram P-h…………………………..………72

4.3. Pembahasan………………………………………………….........……76

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................87

5.1. Kesimpulan..............................................................................................87

5.2. Saran.........................................................................................................88

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................89

LAMPIRAN..........................................................................................................90

xiii


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jaring Penghasil Air dari Kabut........................................................6

Gambar 2.2 Kincir Angin Penghasil Air dari Udara............................................7

Gambar 2.3 Prinsip kerja sistem AC menggunakan refrigerant tipe R-407C....10

Gambar 2.4 WatAir............................................................................................11

Gambar 2.5 Parameter-pearameter pada Psychrometric Chart........................12

Gambar 2.6 Contoh Psychometric Chart...........................................................12

Gambar 2.7 Proses-proses padaPsychrometric Chart.......................................15

Gambar 2.8 Proses Cooling and Dehumidifying................................................16

Gambar 2.9 Proses heating................................................................................16

Gambar 2.10 Proses Cooling and Humidifying...................................................17

Gambar 2.11 Proses Cooling...............................................................................18

Gambar 2.12 Proses Humidifying........................................................................18

Gambar 2.13 Proses Dehumidifying.....................................................................19

Gambar 2.14 Proses Heating and Dehumidifying................................................19

Gambar 2.15 Proses Heating and Humidifying...................................................20

Gambar 2.16 Proses-proses yang terjadi pada mesin penangkap

airdari udara..................................................................................21

Gambar 2.17 Proses-proses yang terjadi pada mesin penangkap air dari

udarapada psychrometric chart

Gambar 2.18 Skematik Rangkaian Siklus Kompresi Uap...................................25

Gambar 2.19 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h.......................................26

Gambar 2.20 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s.......................................26

xiv


xv

Gambar 2.21 Kompresor hermetik jenis rotari....................................................29

Gambar 2.22 Kondensor......................................................................................30

Gambar 2.23 Evaporator......................................................................................30

Gambar 2.24 Pipa Kapiler....................................................................................31

Gambar 2.25 Refrigerant......................................................................................31

Gambar 2.26 Filter...............................................................................................32

Gambar 2.27 Accumulator...................................................................................32

Gambar 2.28 Blower............................................................................................33

Gambar 3.1 Skematik obyek penelitian.............................................................39

Gambar 3.2 Triplek............................................................................................43

Gambar 3.3 Besi siku rak...................................................................................43

Gambar 3.4 Kayu...............................................................................................44

Gambar 3.5 Acrylic sheet...................................................................................45

Gambar 3.6 Kompresor......................................................................................46

Gambar 3.7 Kondensor......................................................................................46

Gambar 3.8 Pipa kapiler.....................................................................................47

Gambar 3.9 Evaporator......................................................................................47

Gambar 3.10 Pressure gauge...............................................................................48

Gambar 3.11 Dimmer..........................................................................................48

Gambar 3.12 MCB...............................................................................................49

Gambar 3.13 Refrigeran jenis R22......................................................................50

Gambar 3.14 Kipas..............................................................................................51

Gambar 3.15 Penampil suhu (Thermometer) digital dan termokopel..................52

xv


xvi

Gambar 3.16 Thermometer hugrometer analog..................................................53

Gambar 3.17 Tang amper...................................................................................53

Gambar 3.18 Gelas ukur......................................................................................54

Gambar 3.19 Skema diagram alur penelitian.......................................................55

Gambar 3.20 Skema pengambilan data................................................................58

Gambar 4.1 Psychrometric chart dengan variasi kecepatan putaran kipas 450

rpm selama 2jam………….......…………….....................……….67

Gambar 4.2 Diagram P-h dengan variasi kecepatan putaran

kipas 450 rpm………………………………………….........……65

Gambar 4.3 Grafik perbandingan Windari 3 variasi…………………...........…70

Gambar 4.4 Grafik perbandingan Qout dari 3 variasi………………….....……77

Gambar 4.5 Grafik perbandingan Qin dari 3 variasi…………………...………78

Gambar 4.6 Grafik perbandingan COPaktual dari 3 variasi…………….....……78

Gambar 4.7 Grafik perbandingan COPideal dari 3 variasi………...……………79

Gambar 4.8 Grafik perbandingan efisiensi dari 3 variasi………..……………79

Gambar 4.9 Grafik perbandingan ṁ dari 3 variasi………….....………………80

Gambar 4.10Perbandingan nilaiΔw dalam3 variasi.........................................82

Gambar 4.11 Perbandingan hasilair dari 3 variasi penelitian

Selamasatu jam..............................................................................84

Gambar 4.11 Perbandingan hasilair dari 3 variasi penelitian

Selamasatu jam.............................................................................85

xvi


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Tabel yang digunakan dalam mencatat pengambilan

data……....................................................................................……61

Tabel 4.1 Data hasil rata-rata pengujian tanpa kipas…....……………………64

Tabel 4.2 Data hasil rata-rata pengujian dengan kecepatan putaran

kipas 400 rpm…………………………………............……………65

Tabel 4.3 Data hasil rata-rata pengujian dengan kecepatan putaran

kipas 450 rpm………………………………....................…………66

Tabel 4.4 Data psychrometric chart pada variasi kecepatan putaran

kipas 450 rpm selama 2 jam…………..................…………………67

Tabel 4.5 Data perbandingan hasil perhitungan pada Psychrometric chart

ketiga variasi yang dilakukan dalam penelitian….............…………70

Tabel4.6 Data hasil perhitungan nilai-nilai entalpi refrigeran untuk

tiga variasi……………………………………...............……………72

Tabel 4.7 Data perbandingan hasil perhitungan pada diagram P-h

untuk tiga variasi………………………….....................……………75

xvii


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan pokok manusia yang sangat penting dan harus

terpenuhi dalam kehidupan sehari-hari. Dalam pemenuhan air tersebut manusia

melakukan berbagai upaya untuk mendapatkannya.Dalam hal ini pemenuhan air

bersih untuk dikonsumsi, baik untuk air minum, maupun untuk kebutuhan rumah

tangga lainya.

Keberadaan air bersih di daerah perkotaan menjadi sangat penting

mengingat aktifitas kehidupan masyarakat kota yang sangat dinamis.Untuk

memenuhi kebutuhan air bersih tersebut penduduk perkotaan tidak dapat

mengandalkan air dari sumber air langsung seperti air permukaan dan air hujan.

Air tanah merupakan salah satu alternatif untuk memenuhi kebutuhan tersebut,

akan tetapi sebagian besar beberapa kota besar di Indonesia air tanahnya sudah

tercemar dikarenakan dipermukaan banyak sekali sampah-sampah rumah tangga

maupun industri sehingga air permukaan yang tercemar meresap kedalam tanah di

samping itu pengambilan air tanah secara berlebihan tanpa mempertimbangkan

kesetimbangan air tanah akan memberikan dampak lain seperti penurunan air

tanah dan lain-lain.

Air bersih untuk keperluan sehari-hari merupakan suatu kebutuhan yang

utama masyarakat perkotaan.Untuk memenuhi kebutuhan tersebut perlu

pemanfaatan kemajuan teknologi sekarang ini sebagai alat untuk menghasilkan

air.


2

Dalam hal ini peneliti memenfaatkan mesin AC sebagai mesin penangkap

air, mesin penangakap air dari udara ini mengubah udara melalui proses

dekompresasi yang memenfaatkan udara lembab yang untuk selanjutnya di ubah

menjadi uap air yang selanjutnya dapat menetes dengan melalui proses

kondensasi. Mengingat belum sempurnanya hasil yang diperoleh dan masih

diperlukannya pembenahan untuk memperoleh dari upaya efisiensi.Maka penulis

termotivasi untuk mnyempurnakan kinerja dari mesinpenangkap air dari udara ini,

agar tercapainya mesin penangkap air yang lebih compatible, efisien, ekonimis,

higienis dan praktis.Termotivasi dari permasalahan tersebut, maka penulis

melakukan riset/penelitian yang mengacu pada masalah tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Air merupakan kebutuhan pokok manusia yang sangat penting dan harus

terpenuhi dalam kehidupan sehari-hari. Dalam pemenuhan air tersebut manusia

melakukan berbagai upaya untuk mendapatkannya.Dalam hal ini pemenuhan air

bersih untuk dikonsumsi, baik untuk air minum, maupun untuk kebutuhan rumah

tangga lainya. Keberadaan air bersih di daerah perkotaan menjadi sangat penting

mengingat aktifitas kehidupan masyarakat kota yang sangat dinamis.Untuk

memenuhi kebutuhan air bersih tersebut penduduk perkotaan tidak dapat

mengandalkan air dari sumber air langsung seperti air permukaan dan air hujan

maupun air tanah.


3

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin didapatkan pada penelitian ini :

a. Merancang dan merakit mesin penangkap air dari udara yang praktis, aman,

dan ramah lingkungan.

b. Mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan di

dalam mesin penangkap air meliputi :

1. Besarnya energi yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin)

2. Besrnya energy yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout)

3. Besrnya energy yang digunakan untuk menggerakkan kompresor (Win)

4. Nilai COPaktual, COPideal, Efisiensi

5. Laju aliran massa refrigeran

c. Mengetahui jumlah air yang dihasilkan mesin penghasil air setiap jam dalam

satuan liter/jam

1.4 Batasan-batasan dalam Pembuatan Mesin

Batasan-batasan yang diambil dalam pembuatan mesin penangkap air dari

udara adalah:

a. Mesin penangkap air dari udara menggunakan daya kompresor sebesar 1,5

PK.

b. Mesin penangkap air dari udara menggunakan tegangan listrik satu fasa

dengan tegangan 220 Volt dan arus sebesar 7,88 Ampere

c. Menggunakan kipas sebanyak 2 buah untuk memadatkan udara dengan daya

sebesar @80 watt


4

d. Mesin penangkap air dari udara ini menggunakan sistem kerja mesin siklus

kompresi uap dengan komponen utama, kompresor, evaporator, kondensor, dan

pipa kapiler.

e. Komponen utama siklus kompresi uap mempergunakan komponen standar

yang ada di pasaran.

f. Refrigeran dari siklus kompresi uap adalah R 22.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

a. Dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin penangkap air dari

udara, yang dapat ditempatkan di perpustakaan atau dipublikasikan kepada

khalayak umum.

b. Dapat digunakan untuk referensi/acuan bagi peneliti lain yang ingin melakukan

penelitian sejenis.

c. Diperolehnya teknologi tepat guna berupa mesin penangkap air dari udara.


5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

2.1.1. Metode-Metode Penangkap Air dari Udara

Metode dalam penangkap air dari udara pada saat ini ada beberapa

macam,diantaranya : (a) Jaring penangkap air dari udara, (b) Kincir angin

penangkap air dari udara, (c) Mesin penangkap air dari udara menggunakan

komponen AC (Air Condotioner ), (d) WatAir (penangkap air yang bisa dilipat).

Berikut mengenai penjelasannya :

a. Jaring Penangkap Air dari Udara

Merupakan alat yang digunakan untuk menangkap air dari kabut

menggunakan jarring-jaring besar.Dengan tiang setinggi 4 meter dan lebar 8

meter.Jaring terbuat dari anyaman plastik yang kemudian disambungkan ke pipa-

pipa kecil.Prinsip kerjanya adalah alat ini menyerap butiran-butiran air yang

terkandung dalam kabut dan mengalirkan air tersebut ke tabung penyimpanan

yang telah dipersiapkan.Dalam satu hari alat ini mampu mengumpulkan 588 liter

air. Namun, tentu saja yang patut diingat adalah air dapat dihasilkan dari kabut

alami bukan kabut karena asap, yaitu kabut yang mengandung uap air yang ada di

udara. Air hasil dari tangkapan biasanya dipergunakan untuk kebutuhan

pertanian.Oleh karenanya penempatan jaring-jaring penangkap air ini berada di

area pertanian.Bila hasil penangkapan air dipergunakan untuk konsumsi rumah

tangga, pemasangan jarring-jaring di dekatkan di sekitar halaman rumah.


6

Gambar 2.1 Jaring Penangkap Air dari Kabut

http://1.bp.blogspot.com/8DAG6j0BKAU/UtPl2CXrLHI/AAAAAAAAB

gM/qUOPXBrTNNI/s1600/panen+kabut.jpg

b. Kincir Angin Penangkap Air dari Udara

Merupakan penangkap air di daerah Suriname, Belanda.Oleh perusahaan

Dutch Rainmaker.Kincir angin ini dirakit untuk menghasilkan air bukan listrik.

Cara kerjanya, saat angin memutar baling-baling kincir angin, cairan pendingin

akan dikirim naik menuju poros turbin angin, dimana nantinya akan dipanaskan

oleh kompresor. Setelah dipanaskan oleh kompresor, cairan tersebut diturunkan

menuju ke Water Production Unit, dimana cairan akan didinginkan oleh udara

yang bersirkulasi di antara bagian paling atas Heat Exchanger dan bagian paling


http://1.bp.blogspot.com/8DAG6j0BKAU/UtPl2CXrLHI/AAAAAAAABgM/qUOPXBrTNNI/s1600/panen+kabut.jpg

http://1.bp.blogspot.com/8DAG6j0BKAU/UtPl2CXrLHI/AAAAAAAABgM/qUOPXBrTNNI/s1600/panen+kabut.jpg

7

bawah Heat Exchanger. Udara dari luar masuk melalui ventilasi udara dan

didinginkan hingga mencapai suhu 4o C di bagian paling bawah Heat Exchanger.

Ketika udara didinginkan dan proses kondensasi terjadi, udara dingin tersebut

kehilangan kapasitasnya dalam menahan uap air sehingga tetesan air mulai

terbentuk. Tetesan air tersebut ditampung pada tangki penyimpanan air yang

berada di bagian paling bawah unit.Kincir angin model ini mampu menghasilkan

5000 sampai 7000 liter air per hari, yang sangat bermanfaat pada tempat yang

memiliki sedikit sumber air tanah.

Gambar 2.2 Kincir Angin Penghasil Air dari Udara

https://gereports.ca/how-to-make-drinkable-water-out-of-thin-air/.jpg

c. Mesin Penangkap Air Dari Udara Menggunakan Komponen AC (Air

Conditioner)


https://gereports.ca/how-to-make-drinkable-water-out-of-thin-air/.jpg

8

Air Conditioner secara umummerupakan mesin yang dipakai untuk

mengkondisikan udara di dalam sebuah ruangan sehingga suhu dalam ruangan

dapat diatur sesuai dengan keinginan. Selain menghasilkan udara dingin, sistem

kerja AC juga menghasilkan air melalui proses kondensasi. Untuk menghasilkan

air, diperlukan komponen-komponen AC, antara lain : (a) Kompresor

(Compressor) yang berfungsi untuk memompakan refrigerant yang berbentuk gas

agar tekanan dan temperaturnya meningkat, (b) Kondensor (Condenser) yang

berfungsi untuk menyerap panas pada refrigerant yang telah dikompresikan oleh

kompresor dan mengubah refrigerant yang berbentuk gas menjadi cair (dingin),

(c) Akumulator (accumulator) yang berfungsi menampung refrigerant cair untuk

sementara, yang selanjutnya mengalirkannya ke evaporator melalui expansion

valve atau dapat juga pipa kapiler sesuai dengan beban pendinginan yang

dibutuhkan. Selain itu, Dryer/Receiver yang berfugsi sebagai filter untuk

menyaring uap air dan kotoran yang dapat merugikan bagi siklus refrigerant, (d)

Katup Ekspansi (Expansion Valve) atau dapat juga pipa kapiler yang berfungsi

mengabutkan refrigerant ke dalam evaporator agar refrigerant cair dapat segera

berubah menjadi gas, (e) Evaporator yang merupakan kebalikan dari kondenser.

Berfungsi untuk menyerap panas dari udara yang melalui sirip-sirip pendingin

evaporator sehingga udara tersebut menjadi dingin. Prinsip kerja mesin penangkap

air dari udara menggunakan komponen AC tersebut secara garis besar tidak jauh

berbeda dari prinsip kerja AC itu sendiri yang meliputi, (1) penghisapan udara,

yang berawal dari terhisapnya udara dari luar ruangan (pada AC menghisap udara

dari dalam ruangan) oleh kipas sentrifugal pada evaporator, kemudian udara


9

tersebut akan bersentuhan dengan pipa coil yang di dalamnya terdapat cairan

refrigerant (freon). Cairan refrigerant tersebutlah yang berperan menyerap panas

udara sehingga udara menjadi dingin. Selanjutnya terjadilah penguapan

refrigerant, uap tersebut berkumpul di dalam penampung uap, (2) Sirkulasi uap,

dimana uap dari refrigrant tersebut akan disirkulasikan dari evaporator menuju ke

kondensor yang pada saat itu proses kompresi sedang berlangsung yang

mengakibatkan uap refrigerant tertekan naik dan masuk ke kondensor, (3)

Penurunan tekanan cairan, dimana cairan refrigerant pada saat itu tekanannya

cukup tinggi sehingga untuk menurunkannya digunakanlah katup ekspansi yang

berfungsi juga untuk mengatur laju cairan refrigerant pada evaporator, (4) Udara

keluar dari kondenser, yang dalam fase ini temperatur udara akan menjadi panas

di dalam kondenser dan dikeluarkan melalui bantuan kipas propeller sehingga

menghasilkan embun yang akhirnya keluar menjadi cairan melalui pipa

evaporator, (5) Proses akhir, yaitu adanya proses pengeluaran cairan dari hasil

penguapan refrigerant. Cairan tersebut dialirkan ke pipa evaporator melalui katup

ekspansi. Hal ini akan berlangung terus menerus dan berulang dari langkah awal.


10

Gambar 2.3 Prinsip kerja sistem AC menggunakan refrigerant tipe R-407C

https://air-conditioner-ariffandisaputra.blogspot.co.id

d. WatAir (penangkap air yang bisa dilipat)

Alat ini berbentuk sepeti piramida terbalik yang mempunyai panel dengan

lebar 96 m2 yang berfungsi sebagai pengumpul titik-titik embun di udara yang

kemudian dikondensasi menjadi air, lalu dikumpulkan pada sebuah tangki.Alat ini

mampu menghasilkan air sebanyak 48 liter air perharinya.


https://air-conditioner-ariffandisaputra.blogspot.co.id/

11

Gambar 2.4 WatAir

https://i2.wp.com/www.yankodesign.com/images/

design_news/2007/03/2/watair.jpg

2.1.2. Psychrometric Chart

Psychrometricchart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan nilai

parameter-parameter dari udara pada suatu lingkungan.


https://i2.wp.com/www.yankodesign.com/images/

12

Gambar 2.5 Parameter-pearameter pada Psychrometric Chart


13

Gambar 2.6 ContohPsychometric Chart

https://www.cedengineering.com/categories/mechanical-engineering

2.1.3. Parameter – Parameter Pada Psychrometric Chart

Parameter – parameter pada Psychrometric Chart meliputi ; suhu udara

kering (Tdb), suhu udara basah (Twb), kelembaban entalpi (PH), kelembaban

pesifik (w), entalpi (h), temperatur titik embun (Tadb), dan volume spesifk (V).


14

a. Temperatur bola kering (Tdb)

Temperatur bola kering adalah temperatur yang terbaca oleh termometer

dengan bulb pada termometer dalam keadaan kering atau tidak dibasahi air atau di

balut dengan kain basah.

b. Temperatur bola basah (Twb)

Temperatur bola basah adalah temperatur yang terbaca oleh termometer

dengan bulbtermometer dibasahi air atau dibalut dengan kain basah.

c. Temperatur titik embun (Dew-Point)

Temperatur titik embun adalah suhu di mana uap air di dalam udara mulai

menunjukkan aksi pengembunan ketika udara tersebut didinginkan. Pada saat

udara mengalami pengembunan di temperatur titik embun maka besarnya

temperatur titik embun sama dengan temperatur bola basah (Twb) sama dengan

temperatur bola kering (Tdb).

d. Kelembaban spesifik (w)

Kelembaban spesifik adalah berat kandungan uap air di dalam udara dalam

satu kilogram udara kering (kgair/kgudara).

e. Volume spesifik (SpV)

Volume spesifik merupakan kebalikan dari massa jenis. Massa jenis adalah

perhitungan massaper satuan volume sedangkan, volume spesifik adalah volume

setiap satuan massa.

f. Entalpi (h)


15

Merupakan istilah dalam termodinamika yang menyatakan besarnya energi

yang dimiliki benda/material yang nilainya tergantung dari nilai suhu dan

tekanannya.

g. Kelembaban relatif (% RH)

Kelembaban relatif adalah perbandingan massa uap air yang terkandung

pada udara dengan massa uap air maksimal yang dapat dikandung udara pada

suhu tersebut.

2.1.3.1. Proses – Proses padaPsychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart meliputi

proses-proses (1) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling

anddehumidifying), (2) proses pemanasan (heating), (3) proses pendinginan dan

menaikkan kelembaban (cooling and humidifying), (4) proses pendinginan

(cooling), (5) proses humidifying, (6) proses dehumidifying, (7) proses pemanasan

dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying), (8) proses pemanasan

dan menaikkan kelembaban (heating and humidifying)


16

Gambar 2.7 Proses-proses padaPsychrometric Chart

https://www.cedengineering.com/categories/mechanical-engineering

1. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying)

Proses pendinginan dan penurunan kelembaban adalah proses penurunan

kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada proses pendinginan dan

penurunan kelembaban terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola

basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik.

Sedangkan kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat

mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya


17

Gambar 2.8 Proses Cooling and Dehumidifying

2. Proses pemanasan (heating)

Proses pemanasan (heating) adalah proses penambahan kalor sensibel ke

udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering,

temparatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik

embun dan kelembaban spesifik tetap konstan.Namun kelembaban relatif

mengalami penurunan.

Gambar 2.9 Proses heating


18

3. Proses pendinginan dan menaikkan kelembaban (coolingand humidifying)

Proses cooling and humidifying berfungsi menurunkan temperatur dan

menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan

temperatur bola kering, temperatur bola basah dan kelembaban spesifik. Pada

proses ini, terjadi penurunan temperatur kering dan volume spesifik. Selain itu,

terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembaban relatif dan

kelembaban spesifik.

Gambar 2.10 Proses Cooling and Humidifying

4. Proses pendinginan (cooling)

Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara

sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan,

terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik,

namun terjadi peningkatan kelembaban relatif. Pada kelembaban spesifik dan

suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Garis proses pada

psychrometricchart adalah garis horizontal ke arah kiri.


19

Gambar 2.11 Proses Cooling

5. Proses humidifying

Proses humidifying merupakan penambahan kandungan uap air ke udara

tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola

basah, titik embun dan kelembaban spesifik. Garis proses pada

psychrometricchart adalah garis vertikal ke arah atas.

Gambar 2.12 Proses Humidifying

6. Proses dehumidifying

Proses dehumidifying merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada

udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, suhu


20

bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. Garis dalam psychrometric chart

adalah garis vertikal ke arah bawah.

Gambar 2.13 Proses Dehumidifying

7. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating anddehumidifying)

Pada proses ini berfungsi untuk menaikkan suhu bola kering dan

menurunkan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan

kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembaban relatif tetapi terjadi

peningkatan suhu bola kering. Garis proses ini pada psychrometric chart adalah

kearah kanan bawah.

Gambar 2.14 Proses Heating and Dehumidifying


21

8. Proses pemanasan dan menaikkan kelembaban (heating and humidifying)

Pada proses ini udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses

ini terjadi kenaikan kelembaban spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola

kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis kearah kanan atas.

Gambar 2.15 Proses Heating and Humidifying

2.1.3.2. Proses-proses yang terjadi pada mesin penangkap air dari udara

Udara dari lingkungan sekitar diserap oleh kipas yang ditempatkan

sebelum evaporator, sehingga udara tersebut mengalami peningkatan kelembaban

spesifiknya, nilai (W). Udara tesebut kemudian diserap oleh blower evaporator

kemudian kalor dari udara diserap oleh cairan refrigeran yang ada di evaporator

sehingga uap air yang ada di udara mengalami proses pengembunan. Setelah

melewati evaporator, udara dingin dan kering disirkulasikan oleh kipas melewati

kondensor yang mengakibatkan udara tersebut mengalami proses pemanasan atau

peningkatan suhu udara kering (Heating). Air hasil proses pengembunan atau


22

kondensasi dari udara oleh evaporator akan mentes ke penampungan kemudian

dialirkan ke gelas ukur melalui selang. Proses ini disajikan pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Proses-proses yang terjadi pada mesin penangkap airdari

udara

Proses penangkapan air dari udara pada psychrometric chart yang terjadi

pada mesin penangkap air dari udara disajikan pada Gambar 2.17.

Gambar 2.17. Proses-proses yang terjadi pada mesin penangkap air dari

udara pada psychrometric chart


23

Keterangan pada Gambar 2.17 :

a. Proses A-B : Proses Heating and Humidity

Proses A-B merupakan proses Heating and Humidity proses ini dilakukan

oleh kipas pada udara untuk meningkatkan nilai kelembaban spesifiknya (W).

b. Proses B-C : Proses Cooling

Proses B-C merupakan proses pendinginan udara atau Cooling yang

dilakukan oleh evaporator.

c. Proses C-D : Proses Cooling and Dehumidity

Proses C-D merupakan proses penurunan suhu dan proses pengembunan

atau Cooling and Dehumidity oleh evaporator.

d. Proses D-E : Proses Heating

Proses D-E merupakan proses pemanasan udara atau proses Heatingyang

dilakukan oleh kondensor.

2.1.3.3. Perhitungan-perhitungan pada psychrometric chart

Dengan mempergunakan psychrometric chart, dari data-data yang yang

diperoleh dalam penilitian dapat dihitung : (a) Laju aliran massa air yang

diembunkan, (b) Besarnya perubahan kandungan uap air per satuan massa udara,

(c) Laju aliran massa udara, (d) Debit aliran udara.

a. Laju aliran massa air yang diembunkan

Laju aliran massa air yang diembunkan dapat dihitung menggunakan

Pesamaan (2.1).

ṁ = 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎∆𝑡𝑡

....(2.1)

Pada Persamaan (2.1) :


24

ṁ: Laju aliran massa air (kgair/jam)

𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 : Jumlah air yang dihasilkan (kg)

∆t : Selang waktu pengukuran (jam)

b. Besarnya perubahan kandungan uap air per satuan massa udara

Besarnya perubahan kandungan uap air per satuan massa udara dapat

dihitung menggunakan Persamaan (2.2).

ΔW = WA - WB ….(2.2)

Pada Pesamaan (2.2) :

ΔW: Pertambahan kandungan uap air (kgair/kgudara)

WA: Kelembaban spesifik udara saat masuk avaporator (kgair/kgudara)

WB: Kelembaban spesifik udara setelah keluar evaporator (kgair/kgudara)

c. Laju aliran massa udara

Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.3).

ṁudara= �̇�𝓂𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎

𝑊𝑊𝐴𝐴− 𝑊𝑊𝐵𝐵 ….(2.3)


ṁudara: Laju aliran massa udara (kgudara/jam)

�̇�𝓂𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 : Laju aliran massa air (kgair/jam)

WA: Kelembaban spesifik udara saat masuk avaporator (kgair/kgudara)

WB: Kelembaban spesifik udara setelah keluar evaporator (kgair/kgudara)

d. Debit aliran udara

Debit aliran udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).


25

v̇ = �̇�𝓂udara

ρudara ….(2.4)

Pada Peramaan (2.4) :

v̇:Debit aliran udara (m3/jam)

ṁudara: Laju aliran massa udara (kgudara/jam)

ρudara: Massa jenis udara (1,2 kgudara/m3)

2.1.4. Siklus kompresi uap standar (Teoritis)

Salah satu penerapan yang banyak digunakan dari termodinamika adalah

refrijerasi (refrigeration) yang berfungsi untuk memindahkan kalor dari tempat

bersuhu rendah ke tempat yang bersuhu tinggi.Pada mesin ini siklus refrigerasi

yang digunakan adalah siklus kompresi uap. Siklus ini digunakan karena

pemakaiannya yang sangat luas dan fluida kerjanya bermacam-macam (misalnya:

amonia, R12, R22, R502, R134a, dll). Pada siklus kompresi uap umumnya

menggunakan refrigeran R134a sebagai fluida kerja karena lebih ramah

lingkungan.Siklus kompresi uap memiliki 4 komponen utama yaitu evaporator,

kompresor, kondensor dan pipa kapiler.

1. Rangkaian Siklus Kompresi Uap

Rangkaia komponen utama siklus kompresi uap disajikan secara skematik pada

Gambar 2.18.Siklusnya merupakan siklus tertutup, dengan fluida kerja berupa

refrigeran.Sirkulasi refrigeran pada siklus kompresi uap dapat berlangsung secara

terus-menerus karena adanya kompresor.Selama ada aliran listrik pada kompresor,

siklus bekerja.


26

Gambar 2.18 Skematik Rangkaian Komponen Utama Siklus Kompresi Uap

Pada siklus kompresi uap refrigeran bertekanan rendah akan dikompresikan

kompresor sehingga menjadi uap refrigeran bertekanan tinggi, selanjutnya uap

refrigeran bertekanan tinggi diembunkan menjadi cairan refrigeran bertekan

tinggi saat melewati kondensor. Kemudian cairan refrigeran bertekanan tinggi

tersebut tekanannya diturunkan oleh pipa kapiler agar cairan refrigeran bertekanan

rendah tersebut dapat menguap kembali dalam evaporator menjadi uap refrigeran

tekanan rendah.

Pada Gambar 2.18, Qin adalah besarnya energi kalor yang diserap oleh

evaporator persatuan massa refrigeran dari udara yang melewati evaporator. Qout

adalah besarnya energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor ke udara. Win

adalah kerja yang dilakukan kompresor agar refrigerant dapat bersikulasi dalam

siklus kompresi uap.

2. Siklus Kompresi Uap Pada P-H Diagram


27

Gambar 2.19, menyajikan siklus kompresi uap pada diagram P-h.

Dengan bantuan diagram ini, dapat ditentukan nilai entalpi pada titi 1, titik 2,

titik 3, titik 4, suhu kerja evaporator dan suhu kerja kondensor.

Gambar 2.19 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h

3. Siklus Kompresi Uap Pada T-S Diagram

Gambar 2.20 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram T-S

Gambar 2.20 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s


28

4. Proses – Proses Pada Siklus Kompresi Uap

Dalam siklus kompresi uap( lihat Gambar 2.18, 2.19 dan 2.20), refrigeran

mengalami beberapa proses yaitu :

a. Proses 1-2 : Proses kompresi.

Proses 1-2 merupakan proses kompresi isentropik (proses berlangsung pada

entropi (s) konstan). Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka suhu

yang keluar dari kompresor meningkat menjadi gas panas lanjut. Proses ini

dilakukan oleh kompresor, refrigeran yang berupa gas bertekanan rendah

mengalami kompresi yang mengakibatkan refrigeran menjadi gas panas lanjut

bertekanan tinggi.

b. Proses 2-2a : Proses desuperheating.

Proses 2-2a merupakan proses penurunan suhu (desuperheating). Proses ini

berlangsung ketika refrigeran memasuki kondensor. Refrigeran gas panas lanjut

yang bertemperatur tinggi diturunkan suhunya sampai memasuki titik gas jenuh,

berlangsung pada tekanan yang konstan.

c. Proses 2a-3a : Proses kondensasi.

Proses 2a-3a merupakan proses kondensasi atau pelepasan kalor ke udara

lingkungan sekitar kondensor pada suhu konstan. Pada saat yang sama terjadi

perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Perubahan fase ini dikarenakan

temperatur refrigeran lebih tinggi dari pada suhu udara lingkungan sekitar

kondensor.Berlangsung pada tekanan dan suhu yang konstan.

d. Proses 3a-3 : Proses subcooling.


29

Proses 3a-3 merupakan proses pendinginan lanjut, proses ini terjadi

pelepasan kalor sehingga suhu refrigeran keluar dari kondensor menjadi lebih

rendah dan berada pada fase cair. Hal ini agar refrigeran dapat lebih mudah

mengalir dalam pipa kapiler.

e. Proses 3-4 : Proses ekspansi.

Proses 3-4 merupakan proses penurunan tekanan secara drastis dan

berlangsung pada entalpi yang konstan, proses ini berlangsung selama di dalam

pipa kapiler. Pada proses ini refrigeran mengalami perubahan fase dari cair

menjadi fase campuran (cair-gas). Akibat dari penurunan tekanan, suhu refrigeran

juga mengalami penurunan.

f. Proses 4-1a : Proses pendidihan atau penguapan.

Proses 4-1a merupakan proses evaporasi atau penguapan. Ketika proses ini

berlangsung terjadi perubahan fase dari campuran (cair-gas) menjadi gas jenuh.

Perubahan fase ini terjadi dikarenakan suhu refrigeran lebih rendah dari pada suhu

udara lingkungan sekitar evaporator sehingga terjadi penyerapan kalor dari udara

lingkungan sekitar evaporator. Proses ini berlangsung pada tekanan dan suhu yang

konstan.

g. Proses 1a-1 : proses pemanasan lanjut (superheating).

Proses 1a-1 merupakan proses pemanasan lanjut. Proses yang terjadi karena

penyerapan kalor terus menurus pada proses 4-1a, refrigeran yang akan masuk ke

kompresor berubah fase dari gas jenuh manjadi gas panas lanjut. Pada proses ini

mengakibatkan kenaikan tekanan dan suhu refigeran.

2.1.4.1. Komponen – Komponen Pada Siklus Kompresi Uap


30

2.1.4.1.1. Komponen utama

a. Kompresor

Kompresor merupakan alat yang berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran

ke komponen sistem kompresi uap yang lainnya melalui pipa-pipa

dengancaramenghisapdanmemomparefrigeran.

Gambar 2.21 Kompresor hermetik jenis rotari

b. Kondensor

Kondensor merupakan suatu alat penukar kalor yang berfungsi

mengkondisikan refrigeran dari fase uap menjadi fase cair.Agar dapat

mengubah fase dari uap menjadi cair diperlukan suhu lingkungan yang lebih

rendah darisuhu refrigeran sehingga dapat terjadi pelepasan kalor ke

lingkungan kondensor.Jenis kondensor yang digunakan merupakan jenis pipa

bersirip, pipa yang digunakan berbahan tembaga dan sirip berbahan

alumunium.


31

Gambar 2.22 Kondensor

c. Evaporator

Evaporator merupakan unit yang berfungsi untuk menguapkan refrigeran

dari fase cair menjadi gas sebelum refrigeran masuk kompresor.Jenis evaporator

yang digunakan merupakan jenis pipa bersirip dengan bahan pipa tembaga serta

siripberbahanalumunium.

Gambar 2.23 Evaporator


d. Pipa kapiler

Pipa kapiler adalah alat yang berfungsi untuk menurunkan tekanan

refrigerandaritekanantinggiketekananrendahsebelummasukevaporator.Ketika

refrigeran mengalami penurunan tekanan temperatur refrigeran juga

mengalami penurunan.



32

Gambar 2.24 Pipa Kapiler

e. Refrigeran

Refrigeran merupakan jenis gas yang digunakan sebagai fluida pendingin.

Refrigeran berfungsi untuk menyerap atau melepas kalor dari lingkungan

sekitar.Jenis refrigeran yang digunakan adalah R22.

Gambar 2.25 Refrigeran

2.1.4.1.2. Komponen pendukung

a. Filter

Merupakan alat yang berfungsi untuk menyaring kotoran sebelum refrigeran

masuk pipa kapiler agar tidak terjadi penyumbatan dari serbuk-serbuk sisa

pemotongan pipa tembaga, korosi dan kotoran lainnya. Filter yang digunakan

memiliki panjang 70 mm dan diameter 19 mm.


33

Gambar 2.26 Filter

b. Accumulator

Akumulator adalah suatu peralatan bantu dalam sistem refrigerasi yang

mempunyai fungsi unuk menampung dan memisahkan antara cairan refrigeran

dan gas refrigeran agar yang masuk dalam kompresor berbentuk gas refrigeran.

Gambar 2.27 Accumulator

c. Blower

Merpakan alat yamg berfungsi untuk meniup udara dingin didalam ruangan.


34

Gambar 2.28 Blower

2.1.5. Perhitungan-perhitungan pada siklus kompresi uap

Berdasarkan Ganbar 2.2 dan Gambar 2.3 dapat dihitung besarnya Kerja

kompresor (Win), Kalor yang dilepas kondensor (Qout), Kalor yang diserap

evaporator (Qin), COPaktual, COPideal, dan Efisiensi mesinpenangkap air dari udara

2.1.5.1. Kerja kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan

Persamaan (2.5):

Win = h2 – h1 ….(2.5)

Pada Persamaan (2.5):

Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg

h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg

h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg

2.1.5.2. Besarnya energi kalor yang dilepas kondensor (Qout)


35

Besarnya energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran

dapat dihitung dengan Persamaan (2.6) :

Qout = h2– h3 ....(2.6)


Qout : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, kJ/kg

h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor atau pada saat keluar

kompresor, kJ/kg

h3 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor, kJ/kg

2.1.5.3. Besarnya energi kalor yang diserap evaporator (Qin)

Besarnya panas persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dapat

dihitung dengan Persamaan (2.7) :

Qin = h1 – h4 ….(2.7)


Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigerant atau

pada saat masuk kompresor, kJ/kg

h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator, kJ/kg

h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator, kJ/kg

2.1.5.4. COPaktual

COPaktual (Coefficient Of Performance) mesin kompresi uap adalah

perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang


36

diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COP mesin kompresi uap dapat

dihitung dengan Persamaan (2.8) :

COPaktual=𝑄𝑄𝑎𝑎𝑄𝑄𝑊𝑊𝑎𝑎𝑄𝑄

= (ℎ1−ℎ4)(ℎ2−ℎ1)

…. (2.8)


Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg

Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg

2.1.5.5. COPideal

COPideal (Coefficient Of Performance) merupakan COP maksimal yang

dapat dicapai mesin penghasil air dari udara, dapat dihitung dengan Persamaan

(2.9) :

COP ideal=𝑇𝑇𝑇𝑇

𝑇𝑇𝑇𝑇−𝑇𝑇𝑇𝑇 …. (2.9)


Te : suhu kerja mutlak evaporator, K

Tc : suhu kerja mutlak kondensor, K

2.1.5.6. Efisiensi mesin penghasil air dari udara

Efisiensi siklus kompresi uap pada mesin penghasil air dari udara, dapat

dihitumg dengan menggunakan Persamaan (2.10).


37

Ƞ = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑎𝑎𝐶𝐶𝑡𝑡𝐶𝐶𝑎𝑎𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑎𝑎𝐶𝐶𝑇𝑇𝑎𝑎𝐶𝐶

x 100% ….(2.10)

Pada Persamaan (2.6)

Ƞ : Efisiensi siklus kompresi uap.

COPaktual : koefisien prestasi mesin siklus kompresi uap.

COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin siklus kompresi uap.

2.2. Tinjauan Pustaka

Prasetya dan Putra (2013) meneliti laju pendinginan kondensor pada

mesin pendingin difusi absorpsi R22 DMF dengan cara mendesain ulang

generator pada mesin pendingin difusi absorpsi yang menggunakan refrigeran

R22DMF serta penambahan fan di kondensor. Variasi laju pendinginan pada

kondensor menjadi pembanding dalam penelitian ini. Hasil yang diperoleh dari

pengujian untuk variasi laju pendinginan dari 0,711 m/s hingga 2,291 m/s yaitu

semakin tinggi laju pendinginan maka semakin baik performa pada sistem.

Kapasitas pendinginan optimal ialah 143 W, COP tertinggi 0,96, laju alir massa

refrigeran terbesar ialah 0,72 gram/s, dan circulation ratio terendah yaitu 2,11.

Suryadimal dan Marthiana (2013) meneliti performa mesin pendingin

menggunakan refrigeran R22 dan R134a dengan variasi bukaan katup pada fan

kondensor (1/4, 2/4, 3/4, dan 4/4.) dengan mengamati nilai COP yang dihasilkan

dari refrigeran tersebut.Hasil penelitian menunjukkan nilai COP tertinggi untuk

R22 terdapat pada bukaan katup 1/4 dengan nilai COP 3,66 dan nilai terendah

terdapat pada bukaan katup 3/4 dengan nilai COP 3,53. Nilai COP tertinggi untuk

R134a terdapat pada bukaan katup 1/4 dengan nilai 3,82 dan nilai


38

terendahterdapat pada bukaan katup 4/4 dengan nilai COP 3,59. Hasil ini

menunjukkan bahwa penggunaan R22 lebih baik digunakan dengan variasi

bukaan katup fan kondensor 1/4 karena menghasilkan nilai COP yang tinggi.

Marwan Effendy (2005) melakukan penelitian dengan merakit sistem

pendingin AC. Refrigeran yang dipergunakan adalah Freon-12.Bagian kondensor

dipasang kipas angin yang bisa diatur putarannya. Dalam penelitian berhasil

mengukur data tekanan, temperatur, dan laju aliran massa refrigeran dengan

variasi kecepatan udara pendingin di kondensor. Kecepatan udara pendingin

kondensor diatur dengan menambahkan putaran motor listrik penggerak kipas.

Variasi kecepatan udara pendingin antara 0,2 – 2,9 m/s yang dihasilkan dari

putaran kipas 60-309 rpm. Hasil penelitian menunjukkan semakin besar laju aliran

udara untuk mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin

meningkat. Pada kecepatan udara pendingin diatas 2,9 m/s pengaruh perubahan

terhadap koefisien prestasi relatif kecil.

Azridjal Aziz, Idral, Herisiswanto, Rahmat Iman Mainil, David Jenvrizen

(2015) melakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui peningkatan

kinerja AC Split pada penerapan EC (Evaporative Cooling) dengan laju aliran ke

EC yang berbeda (0,88 liter/menit, 1,04 liter/menit, dan 1,22 liter/menit). Hasil

penelitian menunjukkan bahwa dengan penerapan EC, temperatur udara yang

mengalir masuk ke kondensor turun lebih rendah dibanding kondisi tanpa EC

dengan perbedaan temperatur sekitar 60C. Hal ini juga menyebabkan tekanan

kondensor dan tekanan evaporator menjadi turun lebih rendah, sehingga konsumsi

energy listrik turun dan kinerja AC Split naik sampai 20% pada laju aliran air ke


39

EC 1,22 l/menit. Penelitian ini menunjukkan bahwa penerapan evaporativecooling

memberikan kinerja mesin pengkondisian udara tipe Split (AC Split) yang lebih

baik pada laju aliran air ke EC yang lebih tinggi (1,22 liter/menit).


40

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Obyek Penelitian

Obyek penelitian yang digunakan merupakan mesin penangkap air dari

udara yang dirakit sendiri dengan mempergunakan komponen utama dari Air

Conditioner berdaya 1,5 PK. Dimensi ukuran keseluruhan dari mesin penangkap

air dari udara adalah 160 cm x 125 cm x 135 cm. Gambar 3.1 merupakan gambar

skematik alat yang dipergunakan dalam penelitian.

Gambar 3.1 Skematik mesin penangkap air dari udara

( pandangan atas) Keterangan pada Gambar 3.1 :

a. Evaporator

b. Kondensor

c. Kompresor

d. Pipa Kapiler

e. Filter


41

f. Kipas/Fan

g. Gelas Ukur

3.2. Variasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan menempatkan fan/motor regulator (dimmer)

pada kipas pemadat udara yang ditempatkan di depan evaporator sehingga variasi

penelitian dilakukan dengan mengatur kecepatan putaran kipas. Dalam penelitian

ini, 3 variasi yang dilakukan terdiri dari tanpa kipas atau putaran kipas 0 rpm,

putaran kipas 400 rpm atau kecepatan aliran udara sebesar 2,80 m/s, dan putaran

kipas 450 rpm atau kecepatan aliran udara 3,63 m/s. Penelitian dilakukan

sebanyak 3 kali percobaan untuk masing-masing variasi.

3.3. Alat dan Bahan Pembuatan Mesin Penangkap Air dari Udara

Dalam proses pembuatan mesin penghasil air dari udara ini diperlukan alat

dan bahan sebagai berikut :

3.3.1. Alat

Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan mesin penangkap air

dari udara, antara lain :

a. Gergajikayu

Gergaji kayu digunakan sebagai pemotong kayu yang dipakai sebagai alas

dan dudukan komponen mesin penangkap air dari udara.

b. Bor

Bor digunakan untuk membuat lubang.Pembuatan lubang dilakukan agar

pemasangan baut dapat dimasukkan melalui komponen yang dilubangi.

c. Meteran danmistar


42

Meteran digunakan sebagai pengukur panjang suatu benda. Dalam proses

pembuatan rangka, meteran banyak digunakan untuk mengukur panjang ukuran

kayu, seng, dan besi rangka (slotted angle). Sedangkan mistar digunakan untuk

mengukur suatu benda yang ukuran panjangnya kurang dari 30 cm.

d. Palu

Palu digunakan untuk membenamkan paku ke dalam komponen yang

dipaku dalam pemasangan rangka dan chasing mesin penangkap air dari udara.

e. Obeng dan kunci pas

Obeng dan kunci pas diperlukan guna memasang dan mengencangkan mur

dan baut.

f. Gunting plat dan pisau cutter

Gunting plat digunakan untuk memotong plat seng yang dipakai sebagai

pelapis rangka mesin penangkap air dari udara, sedangkan pisau cutter dipakai

dalam melakukan pemotongan triplek, styrofoam, dan acrylic.

g. Gerinda tangan dan potong

Gerinda digunakan guna mempermudah dan mempercepat proses

pemotongan komponen atau bahan yang sulit dipotong dengan gergaji biasa

dalam pembuatan rangka mesin penangkap air dari udara.

h. Tang kombinasi

Proses pemotongan, penarikan, dan pengikatan kawat pengencang

komponen dilakukan dengan menggunakan tang kombinasi.

i. Tubecutter


43

Tube cutter merupakan alat pemotong pipa tembaga. Selain dapat

mempermudah proses pengelasan pipa tembaga, hal ini juga dilakukan agar hasil

potongan pipa lebih baik.

j. Tubeexpander

Tube expander atau pelebar diameter pipa berfungsi sebagai pelebar ujung

pipa tembaga agar pipa yang akan disambung nantinya tersambung dengan baik.

k. Las gas dan material las

Peralatan mengelas digunakan dalam proses penyambungan pipa tembaga

komponen dari mesin penangkap air dari udara. Bahan atau material pengelasan

pipa tembaga menggunakan perak, kawat las kuningan dan borak.Penggunaan

borak sebagai tambahan bertujuan agar sambungan pengelasan lebih rekat dan

kuat.

3.3.2. Bahan

Komponen yang digunakan dalam proses pembuatan mesin penangkap air

dari udara, antara lain :

a. Triplek

Triplek dipakai sebagai chasing bagian atas mesin penangkap air dari udara

agar berat bagian atas mesin penangkap air dari udara tidak melebihi berat bagian

belakang. Triplek yang dipakai dalam penelitian memiliki tebal 3 mm, panjang

210 cm, dan tinggi 90 cm.


44

Gambar 3.2 Triplek

https://i2.wp.com/www.yankodesign.com/images/.jpg

b. Besi siku rak(slotted angle)

Besi siku rak digunakan sebagai konstruksi rangka mesin penangkap air dari

udara.Pola materialnya yang berongga membuat besi jenis ini memiliki

karakteristik yang kuat menahan beban komponen-komponen mesin penangkap

air dari udara. Ukuran besi siku rak yang digunakan dalam penelitian adalah 3,6

cm x 3,6 cm x 1,6 mm x 3 m dengan derajat siku-siku sebesar 90o.

Gambar 3.3 Besi siku rak (slotted angle)





45

c. Kayu

Kayu digunakan sebagai alas rangka dan dinding mesin penangkap air dari

udara. Jenis dan ukuran kayu yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu

nangka ukuran tebal 1,5 cm, lebar 20 cm, dan panjang 4 m.

Gambar 3.4 Kayu

d. Lakban, lem G, dan lem kayu

Celah-celah sambungan antara kayu dan triplek ditutup dengan

menggunakan lem kayu kemudian dilapisi dengan lakban setelah lem kayu telah

kering. Untuk celah yang berukuran panjang menggunakan lem G untuk

selanjutnya ditutup dengan lakban.

e. Paku, mur, dan baut

Paku, mur, dan baut digunakan untuk menyatukan rangka dan triplek agar

lebih kuat susunannya.

f. Kawat dan kabel tis (ties cable)

Kawat digunakan sebagai pengikat rangka dan dinding-dinding rangka

mesin penangkap air dari udara agar udara yang keluar dari mesin penangkap air

dari udara terminimalisir.


46

g. Roda lemari

Roda digunakan untuk mempermudah pemindahan mesin penangkap air

dari udara dari satu tempat ke tempat yang lain.

h. Acrylic sheet

Acrylic tidak mudah pecah, bahan ringan dan juga mudah untuk dipotong,

dikikir, dihaluskan, dikilapkan dam dicat. Dalam penelitian ini, acrylic dipakai

sebagai bingkai pada dinding mesin penangkap air dari udara agar komponen-

komponen yang berada di dalam ruangan mesin penangkap air dari udara dapat

terlihat dengan baik selama proses penelitian.Acrylic sheet yang digunakan dalam

penelitian berukuran 100 cm x 200 cm dan tebal 2 mm.

Gambar 3.5Acrylic sheet

i. Plat seng

Plat seng dipakai sebagai alas dan pelapis rangka kayu agar tidak terkena

langsung oleh air hasil kondensasi.

j. Engsel pintu

Engsel pintu diperlukan agar pintu yang terbuat dari triplek dapat

dibuka/tutup dengan mudah.


47

k. Kompresor

Spesifikasi kompresor yang dipakai dalam penelitian sebagai berikut :

Jenis Kompresor : Hermetik jenis Rotary

Daya Kompresor : 1,5 PK

Voltase : 220 V

Arus : 7,8 A

Gambar 3.6 Kompresor Hermetik jenis Rotary

l. Kondensor

Spesifikasi kondensor yang dipakai dalam penelitian sebagai berikut :

Jenis : Kondensor Berpendingin Udara (Air-Cooled)

Bahan Pipa : Tembaga

Bahan Sirip : Aluminium

Jarak Antar Sirip : 1,4 cm

Ukuran : p x l x t = 68,2cm x 20 cm x 50 cm


48

Gambar 3.7 Kondensor

m. Pipa kapiler

Spesifikasi pipa kapiler yang dipakai dalam penelitian sebagai berikut :

Diameter: 0,028 inci = 0,6 mm

Panjang : 40 cm

Gambar 3.8 Pipa kapiler

n. Evaporator

Spesifikasi evaporator yang dipakai dalam penelitian sebagai berikut :

Bahan pipa evaporator : Tembaga

Diameter pipa : 0,7 cm

Bahan sirip evaporator : Aluminium

Ukuran evaporator : p x l x t = 84 cm x 17,5cm x 18,5 cm


49

Gambar 3.9 Evaporator


o. Pressure gauge

Pressure gauge berfungsi sebagai pengukur tekanan refrigeran dalam sistem

kompresi uap. Terdapat dua alat ukur tekanan, yaitu tekanan hisap kompresor (

warna biru) dan tekanan keluar kompresor (warna merah).

Gambar 3.10 Pressure gauge

p. Fan/motor regulator (dimmer)

Berperan sebagai pengatur kecepatan putaran kipas dalam penelitian

berjumlah 1 buah yang dihubungkan dengan kipas pemadat udara. Dengan cara

menentukan putaran kipas kurang lebih 400 rpm dan 450 rpm menggunakan



50

tachometerlalu diberi tanda pada dimmeruntuk masing-masing kecepatan tersebut

untuk memudahkan mengatur kecepatan putar kipas.

Gambar 3.11Dimmer


q. MCB (Miniature Circuit Breaker)

Miniature Circuit Breaker (MCB) berfungsi sebagai alat pengaman saat

terjadi hubung singkat (short) korsleting maupun beban lebih (overload). MCB

akan memutus arus jika arus yang melewatinya melebihi arus nominal MCB.

Gambar 3.12 MCB



51

r. Strainer / Filter

Berfungsi sebagai penyaring kotoran sebelum refrigeran memasuki pipa

kapiler agar tidak terjadi penyumbatan dari serbuk-serbuk sisa pemotongan pipa

tembaga, korosi, dan jenis kotoran lainnya.Filter yang digunakan dalam penelitian

terbuat dari bahan tembaga dengan ukuran panjang 8 cm dan diameter 1,5 cm.

s. Refrigeran

Fluida pendingin berjenis gas ini berfungsi sebagai penyerap atau pelepas

kalor di lingkungan sekitar. Mengacu pada model mesin siklus kompresi uap yang

merupakan model lama, maka refrigeran yang dipakai dalam penelitian ini

berjenis R22.

Gambar 3.13 Refrigeran jenis R22

t. Kipas (fan)

Kipas yang digunakan dalam penelitian dipasang di dalam mesin penangkap

air dari udara berjumlah 3 buah. Kipas 1 ditempatkan di depan evaporator

dihubungkan dengan dimmer untuk mengatur kecepatan putarnya sebagai

pemadat udara yang akan melewati evaporator, merupakan kipas bekas mesin AC

yaitu kipas pada keluaran kondensor. Kipas 2 ditempatkan di antara keluaran


52

evaporator dan kondensor yang berfungsi untuk mensirkulasikan udara dingin

keluaran evaporator menuju ke sirip-sirip kondensor.Kipas 3 ditempatkan di

belakang kondesor sebagai pembuang panas dari kondensor ke lingkungan sekitar.

Spesifikasi kipas yang dipergunakan dalam penelitian adalah :

Kipas 1

Jumlah sudu : 5

Diameter sudu : 37 cm

Daya : 220 V x 0,30 A = 72,6 W

Kipas 2

Jumlah sudu : 3


Daya : 220 V x 0,16 A = 35,2 W

Kipas 3

Jumlah sudu : 3


Daya : 220 V x 0,30 A = 66 W

Gambar 3.14 Kipas


53

u. Selang

Air yang dihasilkan dari mesin penangkap air dari udara mengalir melalui

selang berukuran ¾ inchi yang tersambung dengan jalur output air evaporator

menuju ke gelas ukur.

3.4. Alat Bantu Penelitian

Dalam proses pengambilan data dibutuhkan alat bantu penelitian sebagai

berikut :

a. Pengukur suhu (thermometer) digital dan termokopel

Termokopel berfungsi untuk mengukur perubahan temperatur pada saat

penelitian. Cara kerjanya adalah pada ujung termokopel diletakkan (ditempelkan

atau digantung) pada bagian yang akan diukur temperaturnya, sehingga

temperaturnya akan tampil pada layar penampil suhu digital. Sebelum

pelaksanaan penelitian diperlukan proses kalibrasi agar lebih akurat.

Gambar 3.15 Penampil suhu (Thermometer) digital dan termokopel


54

b. Pengukur suhu (thermometer) bola kering dan suhu bola basah

Thermometer bola kering digunakan untuk mengukur suhu bola kering

udara, sedangkan thermometer suhu bola basah digunakan dalam pengukuran

suhu bola basah udara yang melewati thermometer.Dalam penelitian ini, pengukur

suhu bola basah dan suhu bola kering mempergunakan thermometer hygrometer

analog seperti yang tersaji pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Thermometer hygrometer analog

c. Stopwatch

Stopwatchdigunakan dalam penelitian untuk mengukur waktu yang

diperlukan dalam penelitian.Waktu yang dibutuhkan setiap pengambilan data

adalah setiap 20 menit.

d. Tang amper (Clamp meter)

Arus listrik yang dibutuhkan tiap komponen dalam mesin penangkap air

dari udara diukur menggunakan tang amper.


55

Gambar 3.17 Tang amper (clamp meter)

e. Gelas ukur

Air yang dihasilkan oleh mesin penangkap air dari udara ditampung untuk

selanjutnya diukur menggunakan gelas ukur.

Gambar 3.18 Gelas ukur

f. Tachometer

Tachometer dipergunakan untuk mengukur kecepatan rotasi putaran kipas.


56

g. Anemometer

Anemometer digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran udara kipas

pemadat udara.Satuan yang digunakan adalah m/s.

3.5. Tata Cara Penelitian

3.5.1. Alur Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian mengikuti alur penelitian seperti tersaji pada

Gambar 3.19.

Gambar 3.19 Skema diagram alur penelitian

Ya

Tidak


57

3.5.2. Pembuatan Mesin Penangkap Air dari Udara

Langkah-langkah dalam pembuatan mesin penangkap air dari udara, yaitu :

a. Melakukan perancangan bentuk dan dimensi ukuran mesin penangkap air dari

udara.

b. Membuat rangka mesin penangkap air dari udara menggunakan material yang

telah dipersiapkan.

c. Memasang roda lemari pada alas rangka mesin penangkap air dari udara.

d. Melakukan pembongkaran (disassembled) komponen utama siklus kompresi

uap dari chasis pabrik pembuat.

e. Menyusun komponen utama siklus kompresi uap yang terdiri dari :

kompresor, kondensor, pipa kapiler, dan evaporator pada rangka yang telah

dibangun.

f. Melakukan pemotongan kayu dan plat seng sesuai rancangan.

g. Pemasangan kayu sebagai penutup badan mesin penangkap air dari udara dan

plat seng sebagai pelapis dinding kayu serta alas komponen utama.

h. Melakukan pemotongan triplek dan acrylic sesuai rancangan.

i. Melakukan penutupan badan mesin penangkap air dari udara menggunakan

triplek dan acrylic.

j. Menutup celah-celah antara komponen kayu, triplek, dan acrylic

menggunakan perekat (lem G, lem kayu, dan lakban) agar sirkulasi dalam

ruangan mesin penangkap air dari udara dapat optimal.


58

k. Melakukan proses pemvakumanyamg merupakan proses menghilangkan

udara, uap air dan kotoran (korosi), yang terjebak dalam mesin siklus

kompresi uap. Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :

1. Persiapkan pressure gauge dengan 1 selang (low pressure), yang dipasang

pada pentil yang sudah dipasang dopnya dan 1 selang (high pressure) yang

dipasang pada tabung refrigeran.

2. Pada saat pemvakuman, kran manifold diposisikan terbuka dan kran

tabung refrigeran diposisikan tertutup.

3. Hidupkan kompresor, maka secara otomatis yang terjebak dalam siklus

akan keluar melalui potongan pipa kapiler yang telah dilas dengan lubang

keluar filter.

4. Pastikan udara yang terjebak telah habis. Untuk memastikannya dengan

cara menyalakan korek api dan ditaruh didepan ujung potongan pipa

kapiler.

5. Pada jarum pressure gauge menunjuk ke angka 0 Psia.

6. Kemudian untuk mengecek kebocoran sambungan pada pipa dengan air

busa sabun. Apabila terdapat gelembung-gelembung udara maka

sambungan tersebut masih terjadi kebocoran.

7. Setelah diketahui tidak terdapat kebocoran, langkah selanjutnya adalah

dengan mengelas ujung potongan pipa kapiler tersebut.

l. Melakukan proses pengisian refrigeran jenis R22. Untuk melakukan

pengisisan refrigeran pada mesin dengan siklus kompresi uap, tersapat

beberapa langkah, seperti berikut:


59

1. Pasanglah salah satu selang pressure gauge berwarna biru (low pressure)

pada katup pengisisan katup tengah pressure gauge, dan ujung selang

satunya disabungkan ke tabung refrigeran R22.

2. Hidupkan kompresor dan buka keran pada tabung refrigeran secara

perlahan-lahan. Setelah tekanan pada pressure gauge berada pada tekanan

yang diinginkan maka tutup keran pada tabung refrigeran.

3. Setelah selesai melakukan pengisian lepaskan selang pressure gauge dan

cek lubang katub, sambungan pipa-pipa dengan busa sabun untuk

mengetahui kebocoran yang terjadi.

3.6. Skema Pengambilan Data Penelitian

Gambar 3.20 menyajikan posisi-posisi alat ukur pengambilan data

ditempatkan.

Gambar 3.20 Skema pengambilan data


60

Keterangan pada Gambar 3.20 :

a. T1 (Tudara1)

Suhu udara kering (Tdb1)dan suhu udara basah (Twb1)di lingkungan luar mesin

penghasil air dari udara.

b. T2 (Tudara2)

Suhu udara kering (Tdb2) dan suhu udara basah (Twb2) setelah udara dipadatkan

di dalam mesin penghasil air dari udara.

c. T3 (Tref3)

Suhu refrigeran masuk kompresor.

d. T4 (Tref4)

Suhu refrigeran masuk pipa kapiler.

e. T5(Tref5)

Suhu udara keluar evaporator.

f. T6 (Tref6)

Suhu udara keluar kondensor.

g. P1(Pevap)

Tekanan refrigeran yang masuk kompresor.

h. P2 (Pcond)

Tekanan refrigeran yang keluar kompresor.

3.7. Cara Mendapatkan Data

Langkah-langkah yang dilakukan untuk mendapatkan data yaitu sebagai berikut :

a. Penelitian dilakukan di Laboratorium Universitas Sanata Dharma pada akhir

musim hujan. Perubahan suhu sekitar dan kelembaban lingkungan dalam


61

penelitian ini diabaikan, karena suhu udara sekitar dan kelembabannya

berubah-ubah sesuai cuaca.

b. Memastikan bahwa termokopel telah dikalibrasi.

c. Memeriksa kipas bekerja dengan baik serta saluran pembuangan air hasil

kondensasi udara tidak tersumbat.

d. Alat bantu penelitian diletakkan pada tempat yang sudah ditetapkan.

e. Menghidupkan mesin penangkap air dari udara dan menyesuaikan putaran

kipas pemadat udara berdasarkan variasi yang akan dicatat datanya.

f. Memastikan semua celah pada mesin penangkap air dari udara tertutup,

menutup pintu mesin penghasil air dari udara, kemudian tunggu hingga 30

menit agar mesin penangkap air dari udara.

g. Lakukan pengecekan tekanan (P1 dan P2) serta arus kelistrikan.

h. Data yang harus dicatat setiap 20 menit selama 120 menit, antara lain :

P1= Pevap : Tekanan refrigeran yang masuk kompresor,(Psia)

P2= Pcond : Tekanan referigeran yang keluar kompresor,(Psia)

T1 = Tudara1 : Suhuudara kering dan suhu udara basah di lingkungan luar

mesin penangkap air dari udara, (oC)

T2 = Tudara2: Suhu udara kering dan suhu udara basah setelah udara

dipadatkan di dalam mesin penangkap air dari udara, (oC)

T3= Tref3 : Suhu refrigeran masuk kompresor,(oC)

T4= Tref4 : Suhu refrigeran masuk pipa kapiler, (oC)

T5= Tref5 : Suhu udara keluar evaporator, (oC)

T6= Tref6 : Suhu udara keluar kondensor, (oC)


62

Hasil Air : Hasil air yang diperoleh mesin penangkap air dari udara saat t

,(ml)

i. Hasil dari data yang diperoleh kemudian dijumlahkan dengan hasil dari

kalibrasi alat bantu.

Tabel 3.1 Tabel yang digunakan dalam mencatat hasil pengambilan data

Waktu (Menit)

T1 T2 T3 (oC)

T4 (oC) Tdb1

(oC) Twb1 (oC)

Tdb2 (oC)

Twb2 (oC)

0 20 40 60 80

100 120

Tabel 3.1 lanjutan yang digunakan dalam mencatat hasil pengambilan data

Waktu (Menit)

T5 (oC)

T6 (oC)

P1 (Psi)

P2 (Psi)

Hasil Air (mL)

0 20 40 60 80

100 120


63

3.8. Cara Mengolah Data

Cara yang digunakan untuk menganalisis dan menampilkan hasil adalah

sebagai berikut :

a. Data yang diperoleh dari penelitian dimasukkan dalam Tabel 3.1 dan Tabel

3.2. Kemudian hitung rata-rata dari 3 kali percobaan setiap variasinya.

b. Setelah mendapatkan hasil rata-rata, kemudian hitung massa air yang berhasil

diembunkan(ṁair), besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa

udara (Δw), laju aliran massa udara (ṁudara), dan debit aliran udara (v̇)

dengan menggunakan Psychrometric Chart.

c. Mengkonversi satuan tekanan refrigeran P1 dan P2dari Psi ke Bar agar dapat

dipakai dalam diagram P-h.

d. Mencari besarnya kerja kondensor (Tcond) dan suhu kerja evapoprator (Tevap)

menggunakan diagram P-h.

e. Mencari kerja kompresor persatuan massa refrigreran (Win).

f. Menghitung kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran

(Qin).

g. Menghitung kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran

(Qout).

h. Menghitung nilai COPaktual dan COPideal pada mesin penangkap air dari udara.

i. Menghitung efisiensi mesin penangkap air dari udara.

j. Menghitung laju aliran massa refrigeran.


64

3.9. Cara Mendapatkan Kesimpulan dan Saran

Dari analisis yang sudah dilakukan akan diperoleh suatu kesimpulan.

Kesimpulan merupakan inti sari dari hasil analisis penelitian dan kesimpulan

harus menjawab tujuan penelitian. Diberikan saran untuk memperbaiki bila

penelitian ini dilakukan kembali/dikembangkan guna mendapatkan hasil yang

lebih baik.


65

BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Hasil yang didapatkan dalam penelitian mesin penangkap air dari udara

dengan variasi kecepatan putaran kipas meliputi : tekanan refrigeran yang masuk

kompresor (P1), tekanan refrigeran yang keluar kompresor (P2), suhu udara kering

dan suhu udara basah di lingkungan luar mesin penangkap air dari udara (T1),

suhu udara kering dan suhu udara basah setelah udara dipadatkan di dalam mesin

penangkap air dari udara (T2), suhu refrigeran masuk kompresor (T3), suhu

refrigeran masuk pipa kapiler (T4), suhu udara keluar evaporator (T5), suhu udara

keluar kondensor (T6), dan hasil air. Pengujian dilakukan dengan 3 kali percobaan

untuk setiap variasi kecepatan putaran kipas, kemudian dihitung hasil rata-

ratanya.Hasil rata-rata disajikan pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Data hasil rata-rata pengujian tanpa kipas

Waktu (Menit)

T1 T3

(oC) T4

(oC) Tdb1 (oC)

Twb1 (oC)

0 24,5 22,3 22 41 20 24,8 22,1 22 41 40 25,2 21,4 24 41 60 25,4 22,5 22 41 80 25,6 22,7 23 41

100 24,7 22,8 23 41 120 24,8 23,2 24 41

Rata-rata 25,2 22,5 23,8 41


66

Tabel lanjutan 4.1 Data hasil rata-rata pengujian tanpa kipas Waktu (Menit)

T5 (oC)

T6 (oC)

P1 (Psi)

P2 (Psi)

Hasil Air (mL)

0 16 41 56 274 0 20 16 42 57 274 1315 40 16 41 57 274 2660 60 16 42 58 274 4010 80 16 43 58 275 5403 100 16 42 58 278 6852 120 16 43 59 278 8258

Rata-rata 16 42 68 275 4129 mL / jam

Tabel 4.2 Data hasil rata-rata pengujian dengan kecepatan putaran kipas 400 rpm

Waktu (Menit)

T1 T2 T3

(oC) T4

(oC) Tdb1 (oC)

Twb1 (oC)

Tdb2 (oC)

Twb2 (oC)

0 26 21,8 26 24 24 40 20 25,7 21,1 26 24 24 40 40 25,2 21,8 26 24 24 40 60 25 21,7 27 24 24 40 80 24,3 20,2 27 24 25 40

100 24,6 22,2 26 24 25 40 120 23,8 22,3 26 25 25 40

Rata-rata 24,9 22 26,5 24,3 24,4 40

Tabel lanjutan 4.2 Data hasil rata-rata pengujian dengan kecepatan putaran kipas 400 rpm

Waktu (Menit)

T5 (oC)

T6 (oC)

P1 (Psi)

P2 (Psi)

Hasil Air (mL)

0 16 44 60 255 0 20 16 45 62 258 1340 40 16 44 62 268 2705 60 16 45 64 270 4115 80 16 45 64 271 5562 100 16 46 64 271 7057 120 16 46 65 272 8840

Rata-rata 16 45 62 266 4420 mL / jam


67

Tabel 4.3 Data hasil rata-rata pengujian dengan kecepatan putaran kipas 450 rpm

Waktu (Menit)

T1 T2 T3 (oC)

T4 (oC) Tdb1

(oC) Twb1 (oC)

Tdb2 (oC)

Twb2 (oC)

0 25 23 26,8 25 24 39 20 25 23 26,6 24,9 24 39 40 26 23 27,1 24,6 24 39 60 26 23 26,3 25,1 25 39 80 26 23 26,6 25 25 39

100 26 23 26,3 25 26 39 120 27 23 26,1 25 26 39

Rata-rata 25,5 23 26,5 25 24,8 39

Tabel lanjutan 4.3 Data hasil rata-rata pengujian dengan kecepatan putaran kipas 450 rpm

Waktu (Menit)

T5 (oC)

T6 (oC)

P1 (Psi)

P2 (Psi)

Hasil Air (mL)

0 16 45 56 260 0 20 16 45 57 260 1350 40 16 46 57 260 2740 60 16 46 56 262 4211 80 16 46 56 262 5602

100 16 46 56 264 7202 120 16 46 57 264 9080

Rata-rata 16 46 58 261 4540 mL / jam

4.2 Perhitungan Siklus Kompresi Uap

4.2.1 Analisis Pada Psychrometric Chart

Dalam Psychrometric chart, data yang diperlukan dari data hasil penelitian,

meliputi : suhu udara kering dan suhu udara basah di lingkungan luar mesin

penangkap air dari udara (T1), suhu udara kering dan suhu udara basah setelah

udara dipadatkan di dalam mesin penangkap air dari udara (T2), suhu udara keluar

evaporator (T5), suhu udara keluar kondensor (T6), suhu kerja pada evaporator

(Tevap), dan suhu kerja pada kondensor (Tcond).


68

Gambar 4.1 Psychrometric chart dengan variasi kecepatan putaran kipas

450 rpm selama 2 jam

Data yang diperoleh pada Psychrometric chart, antara lain :dry-bulb

temperature (Tdb), wet-bulb temperature (Twb), enthalpy (h), dan kelembaban

relatif (RH), dan specific humidity (w). Untuk mempermudah melihat

perbandingan data yang lebih jelas pada setiap variasi, data ditampilkan pada

Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Data psychrometric chart pada putaran kipas 450 rpm selama 2 jam.

No. Jenis Variasi Tdb1 (oC)

Twb1 (oC)

Tdb2 (oC)

Twb2 (oC)

1 Tanpa Kipas 25,2 22,5 - - 2 Kecepatan Putaran Kipas 400 rpm 25,7 23 27,1 25 3 Kecepatan Putaran Kipas 450 rpm 25,7 23,9 27,1 25,9


69

Tabel lanjutan 4.4 Data psychrometric chart pada putaran kipas 450 rpm selama 2 jam.

hA (kJ/kg)

hB (kJ/kg)

RHA (%)

RHB (%)

wA (kgair/kgudara)

wB (kgair/kgudara)

67 - 79 - 0,0162 0,0113 68,5 76,5 80 84 0,0192 0,0113 71,9 80,9 86 90 0,0208 0,0113

4.2.2 Perhitungan Pada Psychrometric Chart

Data-data yang dapat dihitung pada Psychrometric chart, meliputi : laju

aliran massa air yang diembunkan (ṁair), besarnya perubahan kandungan uap air

persatuan massa udara (Δw), laju aliran massa udara (ṁudara), dan debit aliran

udara (v̇). Contoh perhitungan diambil pada putaran kipas 450 rpm setelah 2 jam

bekerja.

a. Laju aliran massa air yang diembunkan (ṁair)

Laju aliran massa air yang diembunkan (ṁair) dapat dihitung menggunakan

Persamaan (2.1). Contoh perhitungan diambil pada putaran kipas 450 rpm yang

bekerja selama 2 jam.

ṁair= 𝓂𝓂air∆𝑡𝑡

= 9,080 kg

2 jam= 4,504 kgair/jam

b. Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara (Δw)

Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara (Δw) dapat

dihitung menggunakan Persamaan (2.2). Contoh perhitungan diambil pada

putaran kipas 450 rpm yang bekerja selama 2 jam.


70

ΔW = WA - WB

= 0,0208 – 0,0113

= 0,0095 kgair / kgudara

c. Laju aliran massa udara (ṁudara)

Laju aliran massa udara (ṁudara) dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3).

Contoh perhitungan diambil pada putaran kipas 450 rpm yang bekerja selama 2

jam.

ṁudara = �̇�𝓂𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎

𝑊𝑊𝐴𝐴− 𝑊𝑊𝐵𝐵

= 4,540 kgair / jam

0,0208 – 0,0113 kgair / kgudara

= 474,12 kgudara/ jam

d. Debit aliran udara (v̇)

Debit aliran udara (v̇) dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.4).Contoh

perhitungan diambil pada putaran kipas 450 rpm yang bekerja selama 2 jam.

v̇ = �̇�𝓂udara

ρudara

= 474,12kgudara/ jam

1,2 kgudara / m3

= 395,08m3/ jam

Tabel 4.5 merupakan data perbandingan hasil perhitungan pada Psychrometric

chart ketiga variasi yang dilakukan dalam penelitian.


71

Tabel 4.5 Data perbandingan hasil perhitungan pada Psychrometric chart ketiga

variasi yang dilakukan dalam penelitian.

No. Jenis Variasi ṁair (kgair/jam)

Δw (kgair/kgudara)

ṁudara (kgudara/jam)

v̇ (m3/jam)

1 Putaran Kipas 0 rpm 4,129 0,0049 842,65 702,21

2 Putaran Kipas 400 rpm 4,420 0,0079 559,49 466,24

3 Putaran Kipas 450 rpm 4,540 0.0095 474,12 395,08

4.2.3 Diagram P-h

Perhitungan pada siklus kompresi uap dapat diselesaikan menggunakan

diagram P-h berdasarkan data yang didapatkan.


72

Gambar 4. 2 Diagram P-h dengan variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm

Pada Gambar 4.2 Merupakan diagram P-h pada variasi kecepatan putaran

kipas 450 rpm yang bekerja selama 2 jam. Data yang digunakan dalam

menggambar diagram P-h meliputi : tekanan refrigeran yang masuk kompresor

(P1), tekanan refrigeran yang keluar kompresor (P2),suhu refrigeran masuk

kompresor (T3), suhu refrigeran masuk pipa kapiler (T4). Sedangkan data yang

akan didapatkan adalah suhu kerja kondensor (Tcond) dan suhu kerja evaporator

(Tevap), nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator (h1), nilai entalpi refrigeran

saat masuk kondensor (h2), nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor (h3) dan

nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator (h4). Beberapa satuan dari data

penelitian harus dikonversikan mengikuti satuan pada gambar P-h diagram yang

digunakan.

Untuk mencari suhu kerja evaporator (Tevap) dan suhu kerja kondensor

(Tcond) dapat menggunakan diagram P-h. Dengan mengetahui tekanan refrigeran

yang melalui evaporator dan kondensor maka dapat diketahui rata-rata suhu kerja

evaporator dan suhu kerja kondensor dengan kondisi kecepatan putaran kipas 450

rpm selama 2 jam.

P1 = (58 + 14,7) Psia x 0,0689 Bar/Psi

= 5,00 Bar

P2 = (261 + 14,7) Psia x 0,0689 Bar/Psi

= 19 Bar

Dari diagram P-h yang telah digambarkan pada Gambar 4.2 , dengan variasi

kecepatan putaran kipas 450 rpm selama 2 jam dimana tekanan refrigeran yang


73

masuk kompresor 5,00 Bar menghasilkan suhu kerja evaporator (Tevap) = 0 oC dan

tekanan refrigeran yang keluar kompresor 19 Bar menghasilkan suhu kerja

kondensor (Tcond) = 49oC, dan menghasilkan nila-nilai entalpi refrigeran pada

sistem kompresi uap yang meliputi : (h1) = 425 kJ/kg, (h2) = 462 kJ/kg, (h3) =251

kJ/kg, (h4) = 251 kJ/kg.

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan nilai-nilai entalpi refrigeran untuk tiga variasi.

No. Jenis Variasi Tekanan (Bar) Suhu (oC)

P1 P2 Tevap Tcond 1 Tanpa Kipas 5,71 20 2 51 2 Kecepatan Putaran Kipas 400 rpm 5,31 19,4 1 50 3 Kecepatan Putaran Kipas 450 rpm 5,00 19 0 49

Tabel lanjutan 4.6 Data hasil perhitungan nilai-nilai entalpi refrigeran untuk tiga

variasi.

No. Jenis Variasi h1 h2 h3 h4

1 Tanpa Kipas 420 460 253 253 2 Kecepatan Putaran Kipas 400 rpm 423 461 252 252 3 Kecepatan Putaran Kipas 450 rpm 425 462 251 251

4.2.4 Perhitungan Pada Diagram P-h

Pada diagram P-h didapatkan beberapa data yang digunakan untuk

mengetahui kerja kompresor persatuan massa refrigreran (Win), energi kalor yang

diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin), Energi kalor yang

dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), nilai COPaktual pada

mesin penangkap air dari udara, COPideal pada mesin penghasil air dari udara,

efisiensi mesin penangkap air dari udara, dan laju aliran massa refrigeran. Contoh

perhitungan diambil pada putaran kipas 450 rpm yang bekerja selama 2 jam.


74

a. Kerja kompresor persatuan massa refrigreran (Win)

Kerja kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan

(2.5).Sebagai contoh untuk mencari rata-rata kerja kompresor (Win) pada putaran

kipas 450 rpm adalah sebagai berikut:

Win = (h2 – h1) kJ/kg

= (462 – 425) kJ/kg

= 37 kJ/kg

b. Energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran (Qout)

Energi kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa refrigeran dapat

dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6). Sebagai contoh untuk mencari

rata-rata energi kalor yang dilepas kondensor (Qout) pada putaran kipas 450 rpm

adalah sebagai berikut :

Qout = (h2 – h3) kJ/kg

= (462 – 251) kJ/kg

= 211 kJ/kg

c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)

Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran dapat

dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7). Sebagai contoh untuk mencari

rata-rata energi kalor yang dilepas kondensor (Qin) pada putaran kipas 450 rpm

adalah sebagai berikut:

Qin = (h1 – h4) kJ/kg

= (425 – 251) kJ/kg


75

= 174 kJ/kg

d. Nilai COPaktual dan COPideal pada mesin penangkap air dari udara

Nilai COPaktual dan COPideal pada mesin penangkap air dari udara dapat

dihitung mengggunakan Persamaan (2.8) dan Persamaan (2.9).Sebagai contoh

untuk mencari rata-rata nilai COPaktualdan COPideal pada putaran kipas 450 rpm

adalah sebagai berikut:

COPaktual = QinWin

= h1- h4h2- h1

= 17437

= 4,70

Dalam diagram P-h telah didapatkan nilai Tcond = 49oC dan Tevap = 0oC. Dalam

perhitungan COPideal, satuan suhu yang digunakan adalah Kelvin (K). Cara

mengonversikan satuan oC ke K adalah sebagai berikut :

Tcond = 49 oC + 273

= 322 K

Tevap = 0 oC + 273

= 273 K

Maka, COPideal dapat dihitung dengan Persamaan (2.9) :

COPideal = Tevap

Tcond − Tevap

= 273

322 − 273= 5,57


76

e. Efisiensi mesin penangkap air dari udara(η)

Efisiensi mesin penangkap air dari udara adalah persentase perbandingan

antara COPaktual dengan COPideal yang dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.10).Sebagai contoh untuk mencari efisiensi mesin penangkap air

dari udara pada putaran kipas 450 rpm adalah sebagai berikut :

η = COPaktualCOPideal

x 100%

= 4,705,57

x 100%

= 84,42 %

f. Laju aliran massa refrigeran

Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan

(2.11). Sebagai contoh untuk mencari laju aliran refrigeran pada putaran kipas 450

rpm adalah sebagai berikut :

ṁ=𝑉𝑉𝑉𝑉

1000�𝑊𝑊𝑎𝑎𝑄𝑄

=𝐶𝐶

𝑊𝑊𝑎𝑎𝑄𝑄

= 220 . 7,88/1000

37

= 0,079 kg/s

Tabel 4.7 Data perbandingan hasil perhitungan pada diagram P-h untuk tiga variasi

No. Jenis Variasi Win (kJ/kg)

Qout (kJ/kg)

1 Tanpa Kipas 40 207 2 Kecepatan Putaran Kipas 400 rpm 38 209 3 Kecepatan Putaran Kipas 450 rpm 37 211


77

Tabel 4.7 Lanjutan data perbandingan hasil perhitungan pada diagram P-h untuk tiga variasi

Qin (kJ/kg) COPaktual COPideal

Efisiensi (%) ṁref(kg/s)

167 4,175 5,61 74,42 0,072 171 4,50 5,71 78,94 0,075 174 4,70 5,57 84,42 0,079

4.3 Pembahasan

Dari penelitian yang telah dilakukan diperoleh hasil bahwa mesin penghasil

air dari udara dapat bekerja dengan baik dan menghasilkan data yang baik dan

dari penelitian yang dilakukan, diperoleh data berupa suhu kerja evaporator

(Tevap), suhu kerja kondensor (Tcond),tekanan refrigeran yang masuk kompresor

(P1) dan tekanan refrigeran yang keluar kompresor (P2) yang kemudian dapat

digunakan untuk menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram P-h. Hasil

yang didapat dari diagram P-h berupa nilai entalpi yang dapat dilihat pada Tabel

4.6 untuk tiga variasi penelitian. Dari data entalpi yang didapat maka dapat

diperoleh nilai kerja kompresor (Win), nilai kalor persatuan massa refrigeran yang

dilepas oleh kondensor (Qout), nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap

oleh evaporator (Qin), Coefficient of Performance Actual (COPaktual), Coefficient of

Performance Ideal (COPideal), nilai efisiensi (η) dan laju aliran massa refrigeran

(ṁ).

Dari hasil penelitian diperoleh informasi bahwa pada siklus kompresi uap

yang dihasilkan terdapat proses pemanasan lanjut dan proses pendinginan lanjut,

dimana kedua proses ini dapat meningkatkan nilai COPaktual, COPideal, dan

efisiensi dari mesin siklus kompresi uap. Peningkatan COPaktual, COPideal, dan


78

efisiensi mesin siklus kompresi uap ini dikarenakan oleh kondisi refrigeran yang

dihisap oleh kompresor benar-benar dalam keadaan gas, sehingga kompresor

dapat bekerja secara optimal selama mesin siklus kompresi uap bekerja, serta

refrigeran yang masuk ke pipa kapiler benar-benar dalam keadaan cair. Untuk

mempermudah melihat perbandingan nilai-nilai perhitungan setiap variasi dapat

dilihat pada Gambar 4.3 s/d Gambar 4.9.

Gambar 4.3 Perbandingan nilai Windalam 3 variasi

40 38 37

0

10

20

30

40

50

Win

(kJ/

kg)

tanpa kipasPutaran kipas 400 rpmPutaran kipas 450 rpm

207 209 211

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Qou

t (kJ

/kg)

Tanpa kipasPutaran 400 rpmPutaran kipas 450 rpm


79

Gambar 4.4 Perbandingan nilai Qout dalam 3 variasi

Gambar 4.5 Perbandingan niali Qin dalam 3 variasi

Gambar 4.6 Perbandingan nilai COPaktual dalam 3 variasi

167 171 174

0

100

200

300

400Q

in (k

J/kg

)Tanpa kipas

Putaran kipas 400 rpm


4,174,5 4,7

0

2

4

6

8

10

CO

P ak

tual

Tanpa kipas




80

Gambar 4.7 Perbandingan nilai COPideal dalam 3 variasi

Gambar 4.8 Perbandingan nilai efisiensi dalam 3 variasi

5,61 5,7 5,57

0

2

4

6

8

10C

OP

idea

lTanpa kipas



74,42 78,9484,42

0102030405060708090

100110120130140150

Efis

iens

i (%

)

Tanpa kipas




81

Gambar 4.9 Perbandingam nilai ṁ dalam 3 variasi

Pada Gambar 4.3, nilai besarnya kerja kompresor yang dimiliki oleh variasi

kecepatan putaran kipas 450 rpm lebih rendah dibandingkan dengan variasi

kecepatan putaran kipas 400 rpm, dan variasi tanpa kipas. Hal ini menyebabkan

variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm membutuhkan jumlah daya yang lebih

sedikit dibandingkan dengan variasi kecepatan putaran kipas 400 rpm, dan variasi

tanpa kipas karena daya yang dibutuhkan sesuai dengan keadaan variasi mesin.

Saat mesin bekerja dalam keadaan normal, maka energi yang dibutuhkan tidak

akan terlalu tinggi.

Pada Gambar 4.4, besarnya energi kalor yang dilepas oleh kondensor pada

variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm memiliki nilai yang tinggi dibandingkan

pada variasi tanpa kipas dan variasi kecepatan putaran kipas 400 rpm. Hal ini

sesuai dengan perubahan yang terjadi pada kompresor dan evaporator pada variasi

yang dilakukan.

0,043

0,045

0,046

0,04150,042

0,04250,043

0,04350,044

0,04450,045

0,04550,046

0,0465ṁ

(kg\

s)Tanpa kipasPutaran kipas 300 rpmPutaran kipas 350 rpm


82

Pada Gambar 4.5, besarnya energi kalor yang diserap oleh evaporator pada

variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm dan variasi kecepatan putaran kipas 450

rpm memiliki persamaan nilai, dimana nilai energi kalor yang diserap oleh

evaporator dari variasi kecepatan putaran kipas 400 rpm dan variasi kecepatan

putaran kipas 450 lebih tinggi daripada nilai energi kalor yang diserap oleh

evaporator pada variasi tanpa kipas. Hal ini berarti bahwa pada variasi kecepatan

putaran kipas 400 rpm dan variasi kecepatan putaran kipas 450, besarnya energi

kalor yang diserap evaporator di dalam ruangan pemadatan udara semakin besar

karena pengaruh variasi penambahan kipas pemadat udara pada kedua variasi

tersebut.

Nilai COPaktual dan nilai COPideal yang tersaji dalam Gambar 4.6, Gambar

4.7 dan Gambar 4.8 menunjukkan bahwa variasi tanpa kipas memiliki nilai paling

rendah dibandingkan nilai yang dihasilkan oleh variasi kecepatan putaran kipas

400 rpm dan variasi kecepatan putaran kipas 450. Hal ini menyebabkan efisiensi

dari mesin siklus kompresi uap dengan variasi tanpa kipas menunjukkan

prosentase nilai yang rendah.Disamping itu kondisi mesin siklus kompresi uap

juga mempengaruhi besarnya nilai efisiensi.COPaktual adalah COP sebenarnya

yang dilakukan oleh mesin siklus kompresi uap dimana energi yang diserap

evaporator dibandingkan dengan besarnya kerja kompresor.Sedangkan COPideal

merupakan COP yang dipengaruhi oleh suhu evaporasi dan suhu kondensasi.

Dalam penelitian ini, variasi yang memiliki suhu evaporasi dan energi yang

diserap oleh evaporator yang tinggi akan memiliki COP yang tinggi.


83

Pada Gambar 4.9 menunjukkan grafik perbandingan laju aliran massa

refrigeran dari 3 variasi yang dilakukan dalam penelitian. Dari hasil yang

didapatkan, nilai tertinggi ditunjukkan oleh variasi kecepatan putaran kipas 450

rpm dan nilai terendah ditunjukkan oleh variasi tanpa kipas. Rendahnya laju aliran

massa refrigeran disebabkan oleh butiran air yang membeku di dalam evaporator

karena menghalangi proses transfer kalor. Hal ini juga mengakibatkan kerja

kompresor menjadi semakin berat. Uap air yang membeku dan menebal pada

bagian dalam evaporator dapat menghalangi transfer kalor serta menghambat

kinerja evaporator, dimana kalor yang diserap akan menjadi semakin kecil.

Akibatnya kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran juga semakin

kecil. Hal ini berdampak pada turunnya COPaktual, COPideal, laju aliran massa, dan

efisiensi mesin siklus kompresi uap.

Perbandingan penambahan kadar uap air dapat dilihat pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10 Perbandingan nilaiΔw (kgair/kgudara) dalam 3 variasi

0,0049

0,0079

0,0095

00,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,009

0,010,0110,0120,0130,0140,0150,0160,0170,0180,019

0,02

∆w (k

gair

/kgu

dara

)

Tanpa kipas




84

Pada psychrometric chart, penambahan kadar uap air paling besar terjadi

dengan variasi kecepatan putaran kipas 350 rpm dan penambahan terkecil

ditunjukkan oleh variasi tanpa kipas. Hal ini disebabkan karena pengaruh kipas

pemadat udara yang ditempatkan di depan evaporator untuk memadatkan udara

dari lingkungan sekitar ke evaporator. Semakin besar kecepatan putaran kipas

yang digunakan maka akan semakin besar pula laju aliran udara yang melewati

evaporator. Udara dari lingkungan yang mengandung uap air ini diserap oleh

kipas pemadat udara menuju ke evaporator sehingga nilai kelembaban spesifiknya

(nilai w) meningkat. Udara dengan kandungan uap air yang telah dipadatkan akan

mengalami perpindahan kalor dengan refrigeran berwujud cair di dalam

evaporator sehingga refrigeran cair dalam evaporator mengalami proses evaporasi

(penguapan), sedangkan uap air yang terkandung dalam udara mengalami proses

kondensasi (pengembunan) dan terbentuklah butiran air di dalam pipa-pipa

evaporator. Banyaknya butiran air ini dipengaruhi oleh banyaknya kalor yang

diserap oleh evaporator dan besarnya nilai kelembaban spesifik yang berhasil

dipadatkan oleh kipas pemadat udara dari lingkungan sekitar menuju ke

evaporator. Pada variasi tanpa kipas, uap air cenderung membeku pada pipa-pipa

evaporator, hal ini mengakibatkan kinerja evaporator dan kompresor terhambat

sehingga jumlah kandungan uap air yang berhasil dicairkan oleh proses transfer

panas di dalam evaporator berkurang.

Pada Gambar 4.11, disajikan grafik yang menampilkan perbandingan hasil

air selama satu jam dari 3variasi yang dilakukan dalam penelitian.


85

Gambar 4.11 Perbandingan hasil air dari 3 variasi penelitian selama satu jam

Perbandingan hasil air yang ditampilkan pada Gambar 4.11 menunjukkan

bahwa pada variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm menghasilkan jumlah air

4,803 liter per jam.Hal ini menunjukkan bahwa pada variasi kecepatan putaran

kipas 450 rpm memiliki jumlah air yang lebih banyak dibandingkan pada variasi

lainnya.

Perbandingan air yang dihasilkan dari 3 variasi penelitian yang dilakukan

disajikan pada Gambar 4.12.

4,1294,42 4,54

0

2

4

6

8

10H

asil

Air

(lite

r/ja

m)

Tanpa kipas




86

Gambar 4.12 Perbandingan hasil air dari 3 variasi penelitian

Pada Gambar 4.11, merupakan perbandingan air yang dihasilkan dari 3

variasi yang dilakukan di dalam penelitian selama 2 jam tiap masing-masing

variasi. Pada variasi tanpa kipas, air yang dihasilkan selama 2 jam mencapai 8258

mL, yang merupakan hasil air terendah dalam variasi yang dilakukan. Hal ini

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

9500

10000

0 20 40 60 80 100 120 140

mili

liter

(mL)

Waktu (s)

Tanpa kipas

Putaran 400 rpm

Putaran 450 rpm


87

disebabkan oleh tidak adanya kipas pemadat udara yang digunakan dalam

menambah kelembaban spesifik udara dari lingkungan sekitar menuju ke

evaporator, dimana hal ini berdampak pada kinerja evaporator yang terhambat

sebagai media penukar kalor antara udara dari lingkungan sekitar dan refrigeran

cair di dalam evaporator.Kurangnya kalor yang diserap oleh evaporator

mengakibatkan uap air yang mengembun (karena proses transfer panas udara

dengan cairan refrigeran) mengalami pembekuan atau frozen pada pipa-pipa

evaporator.Tekanan pada pressure gauge (P1 dan P2) juga berpengaruh terhadap

suhu yang diteliti dan jumlah air yang dihasilkan oleh mesin siklus kompresi uap

dalam penelitian. Tingginya tekanan akan mengakibatkan tingginya suhu dimana

air yang dihasilkan akan meningkat.


88

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari terlaksananya penelitian karakteristik mesin penangkap air dari udara

dengan kecepatan putaran kipas 400 rpm dan 450 rpm didapatkan kesimpulan

sebagai berikut :

a. Mesin penangkap air dari udara dengan kecepatan putaran kipas 400 rpm

dan 450 rpm berhasil dibuat dan dapat bekerja sesuai harapan dengan

memenuhi beberapa kondisi, antara lain : praktis, aman dan ramah

lingkungan.

b. Dari penelitian yang dilakukan, diketahui karakteristik siklus kompresi uap

yang dipergunakan didalam mesin penangkap air dari udara, antara lain :

1. Besarnya energi yang dipergunakan untuk menggerakkan kompresor (Win)

pada variasi tanpa kipas mencapai nilai paling timggi, yaitu 40 kJ/kg.

2. Besarnya energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran

(Qin) berada pada nilai tertinggi pada variasi putaran kipas 450 rpm,yaitu

174 kJ/kg.

3. Besarnya energi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran

(Qout) berada pada nilai tertinggi pada variasi putaran kipas 450 rpm,yaitu

211 kJ/kg.

4. Pada variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm mencapai nilai COPaktual

tertinggi, yaitu 4,7. Nilai COPideal mencapai nilai tertinggi pada variasi

putaran kipas 450 rpm, yaitu sebesar 5,57. Efisiensi mesin siklus kompresi


89

uap pada mesin penangkap air dari udara yang mencapai nilai tertinggi

adalah pada variasi putaran kipas 450 rpm, yaitu sebesar 84,42%.

5. Laju aliran massa refrigeran (ṁref) paling tinggi adalah sebesar 0,046 kg/s

pada variasi kecepatan putaran kipas 450 rpm.

c. Jumlah air yang dihasilkan oleh mesin penangkap air dari udara pada variasi

putaran kipas 450 rpm adalh sebanyak 4,450 liter/jam yang merupakan hasil

air tertimggi dalam penelitian ini.

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat dijadikan dasar pengembangan dan perbaikan

dalam penelitian mesin penangkap air dari udara menggunakan siklus kompresi

uap dengan variasi putaran kipas yaitu :

a. Pada penelitian serupa selanjutnya sebaiknya menggunakan komponen

utama mesin siklus kompresi uap dalam kondisi baru karena akan sangat

menunjang baik proses maupun hasil dari penelitian.

b. Jarak pada pemasangan kipas pemadat udara dengan evaporator disesuaikan,

tidak terlalu jauh tidak terlalu dekat agar kadar uap yang ditambahkan lebih

maksimal.


90

DAFTAR PUSTAKA

Anwar, Khairil., 2010, Efek beban Pendingin Terhadap Kinerja Sistem Mesin

Pendingin

Cahyadi, Nur, Aris dan Sudjud, Darsopuspito., 2014, Studi Eksperimen Variasi

Beban Pendinginan pada Evaporator Mesin Pendingin Difusi Absorpsi

Musicool22-DMF.

Effendy, Marwan., 2015, pengaruh kecepatan putar poros kompresor terhadap

prestasi kerja mesin ac.

Khairil Anwar, Khairil, Dkk., 2010, efek temperatur pipa kapiler terhadap kinerja

mesin pendingin.

Mastur, dan Andi Hidayat., 2015, analisa kerja kompresor terhadap penggunaan

refrigeran R134a dan hidrikarbon jenis propane iso butane (PIB).

Sumanto., 2004, Dasar-dasar Mesin Pendingin, Yogyakarta : Andi Offset

Stoecker, WF., 1987, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Penerbit Erlangga.

Kangirine.”Kompresor1”.http://kangirie.blogspot.co.id/2014/01/kompresor-1.html

(diakses tanggal14 Januari 2014)

Alkonusa, Author. ”Macam-macam jenis AC pendingin ruangan”.

http://www.alkonusa.com/news/macam-macam-jenis-ac-pendingin-

ruangan/ (diakses tanggal 14 maret 2016)

Tokopedia.”pipa kapiler ukuran 0,80 mm bahan tembaga (ss112)”.

https://panduanrefrigerasi.blogspot.co.id. diunduh tanggal 28 Agustus 2017


http://kangirie.blogspot.co.id/2014/01/kompresor-1.html

http://www.alkonusa.com/news/macam-macam-jenis-ac-pendingin-ruangan/

http://www.alkonusa.com/news/macam-macam-jenis-ac-pendingin-ruangan/

https://panduanrefrigerasi.blogspot.co.id/

91

Indotaiding. ”Kompresor Hermetic Copeland 6Shh-3500-TFD”. https://www.

indotrading.com/product/compressor-semi-hermeticp179399.as px. diunduh

tanggal 28 Agustus 2017

Fathurohman, Apit.”Kondensor berpendingin udara”.http://linasundariter

modinamika.blogspot.co.id/2015/04/kondensor-berpendingin-udara.html.

diunduh tanggal 28 Agustus 2017

Utomo, Frandhoni.”aplikasi perpindahan panas sistem bioetanol”.http://fran

dhoni.blogspot.co.id/2015/05/aplikasi-perpindahan-panas-sistem.html.

diunduh tanggal 28 Agustus 2017

Aris prastyo, elga.”Pengertian Kulkas, Bagian-Bagian Kulkas, dan Cara Kerja

Kulkas”. http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-

bagian-bagian-kulkas.html. diunduh tanggal 28 Agustus 2017

Fathurohman, Apit.”Evaporator kerin”. http:/ /lina sundaritermodinamika.

blogspot.co.id/ 2015/04/evaporator.html. diunduh tanggal 28 Agustus 2017

Bppp.”Dasar dasar refrigerasi”.

http://www.bppptegal.com/web/index.ph/artikel97 -artikel/artikel-

permesinan-kapal-perikanan/166-dasar-dasar-refrigerasi. diunduh

tanggal 28 Agustus 2017

Allibaba.”Evaporator”.http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/e

vaporator.html. diunduh tanggal 28 Agustus 2017


http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-bagian-bagian-kulkas.html

http://www.edukasielektronika.com/2015/09/pengertian-kulkas-bagian-bagian-kulkas.html

http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/evaporator.html


http://www.bppptegal.com/web/index.ph/artikel97%20-artikel/artikel-permesinan-kapal-perikanan/166-dasar-dasar-refrigerasi

http://www.bppptegal.com/web/index.ph/artikel97%20-artikel/artikel-permesinan-kapal-perikanan/166-dasar-dasar-refrigerasi




92

LAMPIRAN 1


93

LAMPIRAN 2


mesin penangkap air dari udara menggunakan … · yang menimbulkan penurunan kualitas dan...

Documents