praktikum mesin pendingin.doc

8/11/2019 Praktikum Mesin Pendingin.doc

1/31

Laporan Praktikum Mesin PendinginKelompok 17

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangMesin pendingin merupakan suatu bagian yang tidak dapat dilepaskan dari

kemajuan teknologi saat ini. Mesin pendingin merupakan suatu bagian dari penerapan

ilmu-ilmu termodinamika yang digunakan dalam berbagai bidang. Tidak hanya dalam

kehidupan sehari-hari tetapi juga dalam berbagai industri, seperti refrigerator (kulkas),

pendingin air ataupun pendingin udara dalam mobil.

Bagi seorang mahasiswa teknik Mesin sangat perlu untuk mempelajari masalah

yang berkenaan dengan mesin pendingin khususnya mengenai prinsip kerja mesin

pendingin, macam macam mesin pendingin, beban pendinginan, kapasitas

pendinginan dan menghitung Coeficient of Performance(!"#) mesin pendingin.

$ntuk membantu mahasiswa mempelajari sistem pendingin dan pengondisian

udara, maka buku panduan ini disusun sebagai pedoman bagi mahasiswa untuk

melakukan praktikum mesin pendingin (Air Conditioning Test Bench) pada

laboratorium Mesin #endingin. %engan pelaksanaa praktikum akan dapat memahami

aplikasi ilmu yang telah dipelajari diperkuliahan.

1.2 Rumusan Masalah

#ada laporan ini rumusan masalah yang akan dibahas adalah &

a Berapa besar kapasitas mesin pendingin, kapasitas kondensor, beban e'aporator,

daya kompresor dan Coeficient of Performance(!"#).

b Berapa besar lossesyang terjadi selama proses percobaan. eperti faktor lingkungan

sekitar, faktor mesin, dll.

1.3 Batasan Masalah

#engambilan dan perhitungan data praktikum dilakukan pada peralatan AC

Bench dimana pengaruh konduksi, kon'eksi dan radiasi udara diabaikan. Mesin

pendingin ini diasumsikan berjalan normal dan aliran diasumsikan steady.

1.4 Maksud dan u!uan Prakt"kum

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganji 2014/2015


2/31


a. %ari Air Flow Duct, dengan prinsip-prinsippsychrometri dan keseimbangan energi

dapat ditentukan &

1. #erubahan sifat-sifat udara sepanjang duct dalarn diagrampsychrometri

2. Coeficient of Performance (!"#) total dari seluruh instalasi mesin pendingin.

. *nergi yang hilang dari setiap potongan duct.

!. *fisiensi ketel sebagai komponen pelengkap instalasi #.+. T"/.

b. %ari siklus refrigerant didapat&

1. iklus refrigerasi 0-11 yang aktual.

2. 2apasitas pendinginan "refrigerating capacity#.

. !"# berdasarkan siklus refrigerant.

!. 3abungan data dariAir Flow Ducts dapat mengetahui efisiensi e'aporator yang

merupakan kornponen utama dalam proses$eat %&changer.

1.# Man$aat Prakt"kum

%engan melaksanakan praktikum mesin pendingin ini, akan dapat memahami

dan mengenal proses serta siklus-siklus termodinamika yang terjadi dan dapat

mengetahui komponen yang terlibat di dalamnya sehingga praktikan dapat mengetahui

pengaruh-pengaruhnya dalam unjuk kerja mesin.

BAB II

DA%AR E&RI

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganji 2014/2015 1


3/31


2.1 De$"n"s" Mes"n Pend"ng"n

Mesin pendingin adalah mesin kon'ersi energi yang dipakai untuk

memindahkan kalor dari reser'oir panas bertemperatur tinggi menuju reser'oir panasbertemperatur lebih tinggi dengan menambahkan kerja kalor dari luar

2.2 Mes"n Pend"ng"n

2.2.1 %e!arah Mes"n Pend"ng"n

#erkembangan siklus refrigerant dan mesin pendingin merintis jalan bagi

pertambahan dan penggunaan mesin penyegar udara (air conditioning). Teknologi ini

dimulai oleh !agnicered %e a Tour (451) kemudian dilanjutkan oleh urprey %ay

dan asistennya M.6araday (417) lalu 8osep M.!.!redy (449) yang pertama membuat

instalasi mesin pendingin yang dinamakan mesin pencuci udara (air washer) yaitu

sistem pendingin yang menggunakan gerakan air, sedangkan :illis oulan !arrier

(;< ton untuk pertama kalinya dipasang di

/ew ?ork *@change dan sistem yang sama pada waktu yang hampir sama dipasang di

sebuah gedung teater di 8erman. Tahun ; 3arder T 6orness mempatenkan kompresor

temuannya dimana gas refrigerantdari 1 buah e'aporator dengan tekanan berbeda bisa

ditarik dan ditekan dalam satu silinder tunggal. Menariknya, penemuan itu baru

dikembangkan 7< tahun kemudian. Memasuki tahun ; kecepatan kompresor

meningkat menjadi


4/31


2.2.2 Ma'am Mes"n Pend"ng"n

a. Mesin pendingin dengan siklus kompresi uap

Mesin ini menggunakan kompresor untuk menaikkan tekanan uap Aat

pendingin dari e'aporator kemudian mendorongnya ke dalam kondensor agar mudah

diembunkan. iklus pada mesin ini hampir menggunakan kebalikan dari siklus

rankine, perbandingannya adalah siklus ini menggunakan klep yang menghasilkan

penurunan tekanan secara isoenthalpy.

3ambar 1. istem pendinginan kompresi uap

umber & toecker (;;=&49)

b. Mesin pendingin dengan siklus pendinginan absorbsi

Mesin pendingin ini menggunakan dua jenis refrigerant yaitu refrigerant primer

sebagai Aat pendingin danrefrigerant sekunder sebagai Aat pengikat kalor yang

membawa refrigerant primer sampai di generator. $ntuk siklusnya bisa dilihat pada

gambar 1.1.

iklusnya dimulai dari e'aporator yang menyerap panas dari sistem dan

ditangkap oleh refrigerant primer berbentuk uap bertekanan rendah. elanjutnya

refrigerant primer diserap ke absorber yang di dalamnya sudah ada refrigerant

sekunder yang memiliki 'iskositas lebih, ini bertujuan untuk mengikat refrigerant

primer yang berfase uap agar dapat dialirkan oleh pompa ke generator. #ada

generator menghasilkan energi untuk menghidupkan komponen pemanas (seperti

heater) agar menghasilkan panas yang digunakan untuk melepas refrigerant primer

dengan refrigerant sekunder. 0efrigerant primer dapat terlepas dari refrigerant

sekunder karena sifat dari refrigerant primer yang mudah menguap, selanjutnya

refrigerant primer melanjutkan siklusnya ke kondensor melepaskan kalornya ke

lingkungan. elepas dari kondensor fase cair dari refrigerant melewati katup



5/31


ekspansi, disini refrigerant diturunkan tekanan dan temperaturnya hingga mencapai

temperatur dan tekanan e'aporasi dengan cara dikabutkan.

edangkan pada refrigerant sekunder yang memiliki 'iskositas yang lebihdibanding refrigerant primer setelah dari generator turun bersikulasi ke katup trotel

yang kemudian kembali ke absorber.

#ada absorber refrigerant sekunder masih memiliki temperatur yang tinggi. %i

dalam absorber terdapat proses pelepasan kalor yang berfungsi untuk menyerap uap

refrigerant primer yang keluar dari e'aporator karena adanya perbedaan tekanan

yang mana di absorber lebih rendah dari tekanan e'aporator.

3ambar 1.1 istem pendinginan absorbs

umber & toecker (;;=&5


6/31


Berfungsi untuk mendapatkan temperatur yang sangat rendah dan biasanya

mencapai


7/31


a. 2atup *kspansi "tomatik Termostatik 8enis #engaman

b. 2atup *kspansi Manual

c. 2atup *kspansi Tekanan 2onstan

7. 2ondensor

6ungsi 2ondensor & Melepaskan kalor dari refrigeran, sehingga refrigeran berubah

fasa dari uap menjadi cair. 2alor dilepas di kondensor berasal dari kalor yang

diserap di e'aporator dan kalor akibat kerja kompresi.

8enis 2ondensor &

a. 2ondensor tabung dan pipa horiAontal

b. 2ondensor tabung dan pipa coil

c. 2ondensor jenis pipa ganda

d. 2ondensor #endingin $dara 2oil Bersirip #elat

2.2.# %"klus Mes"n Pend"ng"n

iklus thermodinamika mesin pendingin yang ideal adalah siklus mesin carnot

terbalik, tetapi siklus ini sulit untuk dicapai karena siklus carnot terdapat atau terdiri

dari proses-proses re'ersibel yang menjadikan efisiensinya lebih tinggi dari pada yang

dapat dicapai oleh siklus secara aktual. iklus refrigerasi carnot dapat dilihat pada

gambar 1.5. %an refrigerasi bermanfaat dan kerja bersih siklus carnot dapat dilihat pada

gambar 1.7.

3ambar 1. iklus refrigerasi carnot

umber & toecker (;;=&1>)

2eterangan &

1 & #roses kompresi adiabatis re'ersibel

1 5 & #roses pelepasan panas pada suhu dan tekanan konstan

5 7 & #roses isentropik ekspansi secara isentropik

7 & #roses pemasukan panas pada suhu dan tekanan konstan



8/31


3ambar 1.7 0efrigerasi bermanfaat dan kerja bersih siklus carnot

umber & toecker (;;=&1>>)

%aerah yang ada di bawah garis re'ersibel pada diagram suhu-enthropi

menyatakan perpindahan kalor. %aerah-daerah yang digambarkan dalam gambar 1.7

dapat menyatakan jumlah refrigerasi bermanfaat (useful refrigeration) dan kerja bersih

(net wor)). 0efrigerasi bermanfaat sama dengan perpindahan kalor pada proses 7

atau daerah di bawah garis 7 . %aerah di bawah garis 1 5 menyatakan kalor yang

dikeluarkan dari daur, perbedaan antara kalor yang dikeluarkan dari daur dan kalor yang

ditambahkan ke dalam daur adalah kalor bersih (net heat).

iklus carnot bias diperbaiki atau ditingkatkan prestasi kerjanya yaitu dengan

cara memberikan tambahan kerja agar tercapai kompresi kering, hal ini dilakukan

dengan memberikan super heating yaitu pemanasan lanjut sebelum refrigerant

memasuki kompresor. al ini akan mengakibatkan kinerja kompresor menjadi lebih

ringan sehingga lifetime komponen kompresor menjadi lebih panjang. kema perbaikan

daur refrigerasi carnot dapat dilihat pada gambar 1.>.

3ambar 1.> #erbaikan %aur 0efrigerasi !arnot

umber & toecker (;;=&>)



9/31


elain hal di atas, secara aktual diagram T- secara aktual pada siklus 5 -7

tidak ideal terjadi secara isentropis, nyatanya pada sikuls 5 7 pada katup ekspansi

setelah adanya proses pelepasan kalor pada kondensor, katup ekspansi menurunkan lagi

temperatur refrigerant cair secara mendadak hal ini mengakibatkan adanya proses secara

konduksi maupun kon'eksi yang meliputi pipa katup ekspansi sehingga siklus ideal 5

7 secara isentropis, secara aktualnya akan bergeser dan tidak terjadi secara isentropis

lagi. kema daur kompresi uap standar dapat dilihat pada gambar 1.= dan 1.9.

3ambar 1.= %aur 2ompresi $ap tandar

umber & toecker (;;=&>)

2eterangan &

1 & #roses 2ompresi uap refrigerant

1 5 & #roses merubah uap refrigerant menjadi cair

5 7 & #roses penurunan tekanan

7 & #roses pengambilan kalor oleh uap refrigerant

3ambar 1.9 %aur 2ompresi $ap tandar

umber & toecker (;;=&=)

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganji 2014/2015 ;


10/31


11/31


#ada komponen-komponen mesin pendingin terjadi perubahan-perubahan,

yaitu &

. #ada kompresor ( 1)

*ntalphi, tekanan, dan termperatur naik *ntrophi konstan

#erubahan fase dari uap kering ke uap panas lanjut butuh kerja dari luar

1. #ada kondensor (1 5)

*ntalphi dan temperatur turun

Tekanan konstan

#erubahan fase dari uap panas lanjut ke fase cair

Terjadi pelepasan kalor

5. #ada e@pantion 'al'e (5 7)

*ntalphi konstan

Tekanan dan temperatur turun

*ntrophi naik

#erubahan fase dari cair ke uap jenuh

7. #ada e'aporator (7 )

Tekanan dan temperatur konstan

*ntalphi dan entrophi naik

#erubahan fase dari uap jenuh menjadi uap kering

3ambar 1.4 3ambar daur kompresi uap nyata dibanding daur standar

umber & toecker (;;=&9)

#ada siklus aktualnya yang ditunjukkan pada gambar 1.4, terjadi modifikasi

pada siklus ideal siklus kompresi uap antara lain &

(u*+Cooling, kondisi dimana refrigerant cair lebih dingin dari suhu minimum

idealnya,su*+coolingbertujuan memaksimalkan preubahan fase embun ke cair pada

kondensor agar kerja kondensor menjadi lebih ringan. (u*+cooling bermanfaat

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganji 2014/2015


12/31


karena kerja kondensor lebih ringan. (u*+cooling dapat dilakukan dengan

penambahan coil ganda pada pipa kondensor yang berisi air pendingin sehingga

didapat efeksu*+cooling.

(uper $eating, tujuan super heating memaksimalkan penguapan agar fase refrigerasi

seluruhnya berfase uap ketika memasuki kompresor. uper heating merupakan hal

yang positif pada siklus kompresi uap karena meringankan kerja kompresor. (uper

heating dilakukan dengan cara menambahkan heater pada pipa dari e'aporator ke

kompresor.

Pressure Drop, terjadi karena uap refrigerant memasuki penampang yang berubah-

ubah padapipasehingga menimbulkan lossesakibat gesekan fluida dengan dinding

pipa, belokan dan kebocoran pada saluran sehingga proses tidak isobarik.

2.2.,A-Central

+! Centraladalah istem pendinginan ruangan yang dikontrol dari satu titik

atau tempat dan didistribusikan secara terpusat ke seluruh isi gedung dengan kapasitas

yang sesuai dengan ukuran ruangan dan isinya dengan menggunakan saluran

udaraducting ac.kema +! centraldapat dilihat pada gambar 1.;



13/31


14/31


mendinginkan kondensor dialirkan melalui pipa yang kemudian outputnya didinginkan

kembali secara eaporatie coolingpada cooling tower.

#ada komponen e'aporator, jika sistemnya indirect cooling maka fluida yang

didinginkan tidak langsung udara melainkan air yang dialirkan melalui sistem

pemipaan. +ir yang mengalami pendinginan pada e'aporator dialirkan menuju sistem

penanganan udara (+$) menuju koil pendingin.

1. +$ (Air $andling -nit#

#rinsip kerja secara sederhana pada unit penanganan udara ini adalah menyedot

udara dari ruangan (return air) yang kemudian dicampur dengan udara segar dari

lingkungan (fresh air) dengan komposisi yang bisa diubah-ubah sesuai keinginan.

!ampuran udara tersebut masuk menuju +$ melewatifilter, fansentrifugal dan koil

pendingin. etelah itu udara yang telah mengalami penurunan temperatur

didistribusikan secara merata ke setiap ruangan melewati saluran udara (ducting) yang

telah dirancang terlebih dahulu sehingga lokasi yang jauh sekalipun bisa terjangkau.

+$ memiliki beberapa komponen yang ada di dalamnya antara lain &

a. Filter

#enyaring udara dari kotoran, debu, atau partikel-patikel lainnya sehingga

diharapkan udara yang dihasilkan lebih bersih.*. Centrifugal Fan

Berfungsi untuk mendistribusikan udara melewati ducting menuju ruangan-

ruangan.

c. 2oil #endingin

Berfungsi untuk menurunkan temperatur udara.

Beberapa kelemahan dari sistem ini adalah jika satu komponen mengalami

kerusakan dan sistem +! central tidak bekerja, maka semua ruangan tidak akan

merasakan udara sejuk. elain itu jika temperatur udara terlalu rendah atau dingin maka

pengaturannya harus pada termostat di koil pendingin pada komponen +$.5. Cooling Tower

6ungsi utamanya untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara

dikontakkan langsung dengan udara secara kon'eksi paksa menggunakan fankipas.

2onstruksi cooling water terdiri dari sistem pemipaan dengan banyak no''le,

fan*lower, bak penampung dan casing.

#roses yang terjadi pada chiller atau unit pendingin untuk sistem +! central

dengan sistem kompresi uap terdiri dari proses kompresi, kondensasi, ekspansi, dan

e'aporasi. #roses ini terjadi dalam satu siklus tertutup yang menggunakan fluida kerja



15/31


berupa refrigerant yang mengalir dalam sistem pemipaan yang terhubung dari satu

komponen ke komponen lainnya. 2ondensor pada chiller biasanya berbentuk water+

cooled condenseryang menggunakan air untuk proses pendinginan refrigerant. ecara

umum bentuk konstruksinya berupashell tu*edimana air memasukishelltabung dan

uap refrigerantsuperheatmengalir dalam pipa yang berada di dalam tabung sehingga

terjadi proses pertukaran kalor. $ap refrigerantsuperheat berubah fase menjadi cair

yang memiliki tekanan tinggi mengalir menuju alat ekspansi, sementara air yang keluar

memiliki temperatur yang lebih tinggi karena air ini akan digunakan lagi untuk proses

pendinginan kondensor maka tentu saja temperaturnya harus diturunkan kembali atau

didinginkan pada cooling tower.

angkah pertama adalah memompa air panas tersebut menuju coolingwater/cooling towermelalui sistem pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak

no''le untuk tahapsprayingatau semburan. +ir panas yang keluar dari no''le secara

langsung sementara itu udara atmosfer dialirkan melalui atau berlawanan dengan arah

jatuhnya air panas karena pengaruh fan*lower yang terpasang pada cooling tower.

$ntuk menguapkan kg air diperlukan kira-kira =


16/31


praktis karena jarak yang jauh antara chiller dan cooling towersehingga memerlukan

sistem pemipaan yang relatif panjang. elain itu juga biaya perawatan cooling tower

cukup tinggi dibandingkan sistem lainnya.

7. #ompa irkulasi

Berfungsi untuk menaikkan tekanan dan menyirkulasi udarafluida ke tempat

lain dalam sistem pemipaan.

>. Ductingsaluran

Media penghubung antara +$ dengan ruangan yang dikondisikan udaranya,

fungsi utama ducting adalah meneruskan udara yang didinginkan oleh +$ untuk

kemudian didistribusikan ke masing-masing ruangan.

2elebihan dan kekurangan sistem +! central2elebihan

- 2ebisingan dan getaran mesin pendingin hampir tidak mempengaruhi ruangan

- #erbaikan dan pemeliharaan lebih mudah

- eluruh beban pendingin semua ruangan dalam bangunan dapat dilayani oleh suatu

sistem (unit) saja

- 2elembapan udara dapat diatur

2ekurangan

- arga pembuatan awal dangat mahal

- Biaya operasional mahal- $nit central tidak dapat dipakai untuk rumah sakit, karena dapat menyebarkan

kumanbakteri pasien dari suatu ruangan ke ruangan lain

- 8ika salah satu komponen mengalami kerusakan dan sistem ac central tidak dapa

beroperasi

- 8ika temperatur udara terlalu rendah atau dingin maka pengaturannya harus pada

termostat di koil pendingin pada komponen +$

2.2. Be/an Pend"ng"nan

Beban pendinginan adalah jumlah panas yang dipindahkan oleh sistem

pengkondisian udara. Beban pendinginan terdiri atas panas yang berasal dari ruangan

dan tambahan panas. Tambahan panas adalah jumlah panas setiap saat yang masuk

kedalam ruangan secara radiasi maupun dinding karena perbedaan temperatur.

%asar perhitungan beban pendinginan dilakukan dengan dua cara

#erhitungan besar )alorpuncak untuk menetapkan besarnya instalasi

Laporan Praktikum Mesin Pendingin Semester Ganji 2014/2015 =


17/31


#erhitungan beban )alor sesaat untuk mengetahui biaya operasi untuk mengetahui

karakteristik dinamik instalasi yang bersangkutan

?ang mempengaruhi beban pendinginan antara lain&

1. 0nternala. #roduk (orang)

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah )alor yang dilepas dari

produk (orang) yang berada didalam ruang pendingin itu&

N m.h.!lf

2eterangan &

N beban pendinginan akibat )alor yang dilepas oleh produk didalam ruang

pendingin (s)

m N banyaknya produk (orang) yang didinginkan

h N laju )alor yang dilepaskan oleh produk (wall)

-benda O h N 6 (jenis benda)

-orang O h N 6 (akti'itas)

!lf Nfactorbeban pendinginan (cooling load factor)

b. #eralatan

Beban pendinginan yang diakibatkan adanya sejumlah )alor yang dilepas dari

peralatan peralatan yang berada diruang pendingin tersebut &

AN # @ B6 @ !6

2eterangan&

A N beban pendinginan akibat )alor yang dilepas oleh peralatan peralatan

didalamruang pendinginan (jouledetik)

# Npower daya (peralatan) (wall)



18/31


B6 Nfactorbullast (lampu Tu N,1> O lampu pijar & ,

praktikum mesin pendingin.doc

Documents