STUDI PERFORMANSI PENUKAR KALOR UNTUK PEMANASAN AIR PADA SISTEM PENGKONDISIAN UDARA JENIS SPLIT

Transkripsi

1 STUDI PERFORMANSI PENUKAR KALOR UNTUK PEMANASAN AIR PADA SISTEM PENGKONDISIAN UDARA JENIS SPLIT Nopriyadi, Ir. Khaidir, M. Eng. IPM 1), Suryadimal, S.T.,M.T 2) Program Studi Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri-Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang Telp Fax nopriyadi004@gmail.com irkaidir@gmail.com Suryadimal2004@yahoo.com ABSTRAK Pengkondisian udara (Air Conditioner) saat ini tidak hanya bisa untuk mendinginkan dan memberi kenyamanan pada penghuninya dalam bentuk temperature ruangan saja, namun juga dapat memberikan manfaat lain seperti untuk pemanasan air yang bisa di gunakan untuk keperluan lainya dalam kehidupan sehari-hari. Dalam pengujian kali ini, metode penelitian yang digunakan adalah dengan melakukan pengujian langsung dan mengunakan Air Conditioner jenis Split 1.5 Pk. Dari pengujian yang dilakukan hanya sedikit memodifikasi alat uji, yaitu memanfaatkan panas atau energi yang keluar dari kompresor di hubungkan langsung ke tangki penampung air dengan mengunakan Coil pemanas tipe helical, sebelum energi yang keluar dari kompresor tersebut masuk ke kendensor. Setelah dilakukan pengujian, perhitungan dan pembahasan dapat disimpulakan bahwa mesin pengkondisian udara yang dipergunakan dapat memanaskan air sampai 80 liter dengan waktu yang kontinu selama 120 menit dan menghasilkan temperature air sebesar 48. Kata Kunci : Pengkondisian udara, pemanasan air, pengujian langsung, refigeran R22

2 1. Pendahuluan Pengkondisian udara saat ini memang sangat berperan penting, dilihat dengan semakin banyak digunakannya sistem pengkondisian udara dalam kegiatan manusia sehari-hari. Antara lain lemari pendingin (cold cabinet), gudang pendingin (cold storage), dan pengkondisian udara di kendaraan (auto motive air conditioning), Gedung perkantoran, Mall, Hotel, serta perumahan. Sistem pengkondisian udara merupakan kebutuhan yang harus dipenuhi tanpa adanya sistim ini banyak kegiatan yang tidak berjalan dengan baik, Apa lagi kegiatan yang dilakukan dalam ruangan, misalnya didalam kantor dan kendaraan bahkan untuk beristirahat banyak orang mengunakan sistim ini untuk kenyamanan. Sistem pengkondisian udara merupakan suatu sistem yang kontinu antar berbagai komponen seperti, Kondensor, Kompresor, Evaporator, Expantion valve dan Receiver Tank. Komponenkomponen tersebut diatas berfungsi untuk mensirkulasikan refrigerant (zat pendingin), membawa dan memindahkan panas. Refrigerant sebagai media kerja harus mempunyai sifat-sifat yang baik dari segi teknik seperti kestabilan yang sangat tinggi, tidak beracun, tidak mudah terbakar, dan yang terpenting mudah diperoleh. Prinsip pendingin udara pada AC (air conditioner) memakai siklus refrigerasi yaitu udara didinginkan oleh refrigrant kemudian refrigran ditekan dengan mengunakan kompresor sampai tekanan yang ditentukan dan temperaturnyapun naik, temperatur yang naik tersebut didinginkan oleh temperatur lingkungan hingga mencair. Prose diatas terjadi berulang-ulang sehinga disebut dengan siklus pendinginan udara yang berfungsi menghirup kalor dari udara dan membebaskan kalor ini keluar ruangan. Dari siklus yang terjadi berulangulang banyak energi panas yang terbuang kelingkungan yang tidak dimanfaatkan sama sekali, oleh karena itu penulis mengkaji bagai mana untuk memanfaatkan energi panas yang terbuang kelingkungan

3 dengan cara memanfaatkan energi panas yang terbuang untuk memanaskan air dimana nantinya dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari oleh masyarakat menengah ke atas. Sehinga diperoleh udara yang sejuk dan sisi lain tersedia air panas untuk mandi. Hal seperti ini banyak ditemukan pada gedung-gedung bertingkat seperti hotel, perkantoran dan juga mall. Pada siklus pemanas air penukar panas diletakan diantara kondensor dan kompresor. Air yang berada didalam tangki penyimpanan kemudian disirkulasikan kedalam penukar panas dan kemudian kembali ke tangki penyimpanan. Panas buang dari mesin refrigerant dimanfaatkan untuk memanaskan air yang disirkulasikan dengan mengunakan perangkat penukar panas tersebut. 1.1 Tujuan Penelitian ini dilakukan dengan tujuan mengatasi permasalahan yang ada guna mendapatkan input yang diharapkan, dengan memanfaatkan panas buang pengkondisian uadara AC (Air Conditioner) jenis split. Dalam hal ini diperlukan suatu konsep yang dituangkan dalam perencanaan penelitian ini. Adapun tujuan penelitian adalah : 1. Untuk memanfaatkan energi panas yang terbuang sia-sia dari mesin refrigerant dan kemudian dapat digunakan sebagai pemanas air mandi. 2. Menghemat energi untuk panas air yang biasanya menggunakan energi listrik. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Pengkondisian Udara Jenis Kompresi Uap Awal dari AC (air Conditioner ) sudah dimulai sejak zaman Romawi yaitu dengan membuat penampung air yang mengalir di dalam dinding rumah sehingga menurunkan temperetur ruangan, tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa karena biaya membangunnya sangatlah mahal karena membutuhkan air dan juga bangunan yang tidak biasa. Hanya para raja dan orang kaya saja yang dapat membangunnya. Baru kemudian pada tahun 1820 ilmuwan Inggris

4 bernama Michael Faraday menemukan cara baru mendinginkan udara dengan menggunakan Gas Amonia dan pada tahun 1842 seorang dokter menemukan cara mendinginkan ruangan dirumah sakit Apalachicola yang berada di Florida Amerika Serikat. Jhon Gorrie adalah yang menemukannya dan ini adalah cikal bakal dari teknologi AC (Air Conditioner) tetapi sayangnya sebelum sempurna beliau sudah meninggal pada tahun Willis Haviland Carrier seorang Insinyur dari New York Amerika menyempurnakan penemuan dari Dr.Jhon Gorrie tetapi AC (Air Conditioner) ini digunakan bukan untuk kepentingan atau kenyamanan manusia melainkan untuk keperluan percetakan dan industri lainnya. Penggunaan AC (Air Conditioner) untuk perumahan baru dikembangkan pada tahun 1927 dan pertama dipakai disebuah rumah di Mineapolis, Minnesota. Saat ini AC (Air Conditioner) sudah digunakan disemua sektor, tidak hanya industri saja tetapi juga sudah di perkantoran dan perumahan dengan berbagai macam bentuk dari mulai yang besar hingga yang kecil. Semuanya masih berfungsi sama yaitu untuk mendinginkan temperatur ruangan agar orang merasa nyaman saat berada di dalamnya. 2.2 Komponen-komponen Air Conditioner 1) Kompresor 2) Kondensor 3) Orifice Tube 4) Katup Exspansi 5) Evaporator 6) Receiver 7) Drer Stariner 8) Oil Saparator 9) Akumulator 10) Refrigerant

5 3. Metodologi Penelitian 3.1 Diagram Alir Penelitian 3.2 Diagram Alir Penelitian 3.3 Alat Dan Bahan Alat yang digunakan dalam pengujian yaitu : a) Termokopel b) Thermometer Digital c) Ampermeter d) Volrmeter e) Pressure Gauge f) Stopwatch g) Meteran h) Isolasi i) Tangki Air j) Pipa Tembaga ¼ In 3.4 Metode Pengambilan Data Pengambilan data ini dilakukan selama 2 jam, dimana setiap 15 menit data di ambil dan di catat pada bagian-bagian yang sudah ditentukan seperti temperatur pada Kompresor, Kondensor, Evapolator, temperatur refrigrant masuk tangki,tekanan refrigran keluar kompresor, Tekanan refrigran yang akan masuk kondensor, Presure Low, Data temperatur air, Data Ampermeter, dan Data Voltmeter. Bila pengambilan data sudah selesai maka akan di dapat temperatur air. Untuk melakukan penelitian selanjutnya air yang sudah di pergunakan sebelumnya di buang terlebih dahulu, kemudian diganti dengan air yang baru dan di tambah volumenya sebanyak 5 liter dari volume sebelumnya. Begitu seterusnya hinga volume air mencapai batas maxsimal kemampuan mesin pengkondisian udara ini. Langkah-langkah pengujian 1. Siapkan peralatan yang akan dipergunakan pada pengujian kali ini.

6 2. Cek alat pengkondisian udara layak atau tidak di operasikan. 3. Isi tangki air dengan volume air yang sudah ditentukan. 4. Pastikan alat pengambil data sudah terpasang dengan benar pada titik-titik pengambilan data yang sudah ditentukan. 5. Sebelum menjalankan mesin pengkondisian udara catat temperatur pada kompresor, kondensor, evaporator, refrigerant masuk dan keluar tangki air serta tekanan kompresor, pemanas air, dan evaporator. 6. Nyalakan mesin penukar kalor 7. Setelah mesin pengkondisian udara menyala selamat 15 menit catat kembali data-data temperatur dan tekanan yang di dapat dari kompresor, kondensor, evaporator, refrigerant masuk dan keluar tangki air serta tekanan kompresor, pemanas air, dan evaporator. 8. Begitu seterusnya hingga pengujian dilakukan selama 2 jam atau selama 120 menit dengan mengambil data setiap 15 menit. 9. Jika sudah selesai matikan mesin pengkondisian udara. 3.4 Waktu Dan Tempat Penelitian Waktu : Bulan Mai Juli 2014 Tempat : Penelitian dilakukan pada laboratoruim Teknik Pendingin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Kampus III Universitas Bung Hatta. 4. Analisa pembahasan. 4.2 Data Adapun data yang di ambil pada penelitian kali adalah data mesin pengkondisian udara, dimana datadata tersebut adalah : Data temperatur refrigerant Kompresor - Temperatur masuk kompresosr = T1 - Temperatur keluar kompresor = T2 Kondensor - Temperatur masuk kondensor = T3 - Temperatur keluar kondensor = T4

7 Evapolator - Temperatur masuk evapolator = T5 Temperatur refrigrant masuk tangki - Temperatur refrigrant masuk tangki = Tmt - Temperatur refrigrant keluar tangki = Tkt Tekanan refrigran keluar kompresor = P1 Tekanan refrigran yang akan masuk kondensor = P2 Presure Low = P3 Data Ampermeter Data Voltmeter Data temperatur air 4.2 Tabel Hasil Penelitian Data pengujian Temperetur Refrigran Tabel 4.1 Hasil pengambilan data 20 liter air 4.3 Perhitungan data Yang Diperoleh Perhitungan untuk pengujian 20 liter air pada menit ke 45 A. Untuk mencari nilai h digunakan persamaan sebagai berikut : 1. = Nilai Enthalpy = Temperatur masuk kompresor temperatur 47.4 Temperatur Enthalpy kj/kg kj/kg kj/kg Maka setelah di interpolasikan didapat nilai enthalpy = kj/kg.. = Nilai Enthalpy T2 = Temperatur keluar kompresor = 75.2 Temperatur Enthalpy kj/kg kj/kg kj/kg

8 Maka setelah di interpolasikan didapat nilai enthalpy = kj/kg.. = Nilai Enthalpy di mana nilain Enthalpy adalah Kj/kg. berdasarkan tabel A.4 sifat refigran uap-air Tabel temperatur. Maka nilai Enthalpy = Kj/kg.. = Nilai Enthalpy T4 = Temperatur keluar kondensor = 26.4 Temperatur Enthalpy kj/kg kj/kg kj/kg Maka setelah di interpolasikan didapat nilai enthalpy = kj/kg.. = Nilai Enthalpy = Temperatur masuk eveporator = 7.1 Temperatur Enthalpy kj/kg kj/kg kj/kg Maka setelah di interpolasikan didapat nilai enthalpy = kj/kg. B. Untuk mencari nilai Q digunakan persamaan sebagai berikut : Kalor yang diserap, Qev 1. Qev = h5 - h1 Qev = h5 h1 = kj/kg kj/kg = kj/kg Maka nilai dari Qev adalah kj/kg. 2. Wk = h2 h1 Wk = h2 h1 = kj/kg kj/kg = kj/kg. Maka nilai dari Wk adalah kj/kg. 3. Qc = h2 h3 Qc = h2 h3 = kj/kg - 1kJ/kg = kj/kg kj/kg

9 Maka nilai dari Qc adalah kj/kg. 4. Qk = h3 h4 Qk = h3 h4 = kj/kg kj/kg = kj/kg Maka nilai dari Qk adalah kj/kg. C. Untuk mencari nilai COP digunakan D. Grafik 20 liter air Waktu VS T.air Waktu(menit) T air( ) 15 29, , , , , , , ,3 persamaan sebagai berikut : Koefisien Kinerja (COP) Waktu Vs T. Air Cop = = = /. / Temperatur ( c) Waktu (menit) Series1 Grafik hubungan antara waktu dengan temperatur untuk volume air 20 liter Grafik waktu Vs temperatur menunjukan bahwa setiap 15 menit temperatur air naik. Seperti pada menit ke 45 temperatur 31.5 kemudian naik di menit ke 60 menjadi 31.8 dan akhirnya pada menit ke 120 temparatur mencapai

10 45.3. Grafik pengujian 20 liter air ini menunjukan kerja dari Air Conditioner cukup efektif untuk menghasilkan temperatur air panas. Qev Vs Wk Qev(kJ/kg) Wk(kJ/kg) Wk (kj/kg Qev Vs Wk wk Qev (kj/kg) Qc Vs Wk Qc (kj/kg) Qc(Kj/kg) Grafik Wk(kJ/kg) hubungan antara Qc dengan Wk untuk volume air 20 liter Qc Vs Wk Wk (kj/kg) wk Grafik hubungan antara Qev dengan Wk untuk volume air 20 liter.

11 COP Vs Wk Cop Wk(kJ/kg) 5, , , , , , , ,51 41 COP COP Vs Wk wk Wk (kj/kg) Grafik hubungan antara COP dengan Wk untuk volume air 20 liter. 5. Kesimpulan dan saran. 5.1 Kesimpulan. Pada tugas akhir pengkondisian udara kali ini adalah memanfaatkan panas buang dari Air Conditioner. Panas buang dari Air Conditioner ini di manfaatkan untuk memanaskan air yang sudah di siapkan, dimana panas buang ini dapat menghasilkan temperature air 37 sampai 47. Tinggi temperatur ini di dapat dari hasil penelitian 20 sampai 80 liter air. Selama penelitian begitu banyak kekurangan yang penulis rasakan tetapi dengan berjalanya waktu penulis dapat mengerti bagai mana cara memahami siklus kerja dari mesin pendingin, serta dari penelitian ini juga dapat menentukan Coefisensi Of Performance system pendingin dari tiap-tiap percobaan. Penelitian yang dilakukan kali ini juga dapat menghemat energi listrik, dikarenakan Air Conditioner selain mendinginkan temperatur ruangan juga dapat menghasilkan temperature air panas dengan adanya sedikit modifikasi yang dilakukan pada penelitian kali ini. Diharapkan kedepanya dapat di aplikasikan dalam kebutuhan sehari-hari untuk masyarakat yang membutuhkan temparatur air panas sesuai dengan kebutuhan. Dengan selesainya laporan ini maka diharapkan kedepanya aka

12 nada penelitian-penelitian baru tentang Air Conditioner yang bisa dimanfaatkan Air Conditioner untuk kebutuhan lain dalam kehidupan sehari-hari. Sehinga Air Conditioner tidak hanya bisa mendinginkan ruangan tetapi juga bisa di manfaatkan untuk kebutuhankebutuhan yang lain. 5.2 Saran. Dari hasil penghitungan perencanaan penukar kalor untuk pemanasan air pada sistim pengkondisisn udara jenis split, sebaiknya dalam pemilihan jenis pemanas dan material pemanas sesuai dengan hasil perencanaan. Untuk perencanaan tangki pemanas, sistim pemipaan, serta konstruksi mesin dilakukan secara bertahaptahap. Pada pengujian selanjutnya sebaiknya mengunakan pembagian waktu yang lebih siknifikan agar mendapatkan data yang lebih akurat lagi di banding dengan penulis lakukan sekarang, kemudian juga bisa di tambahkan zona waktu tertentu dimana penaikan temperature konstan dan tidak begitu jauh perbandingan antara menit pertama dengan menit berikutnya. Dari hasil perencanaan penukar kalor pemanfaatan panas buang pengkondisian udara jenis split 1.5 PK perlu dilakukan perencanaan yang cukup baik dan lebih spesifik lagi mengingat sudah banyaknya pemakaian pengkondisian udara ditengah-tengah masyarakat. Seperti yang sudah kita ketahui mesin pengkondisian udara sangat di butuhkan oleh masyarakat saat ini melihat temperature lingkungan yang sudah sangat tidak nyaman lagi di karenakan penipiran lapisan ozon. Untuk itu perhitungan-perhitungan juga sangat diperlukan pada mesin pengkondisian udara ini agar tidak terjadinya kesalahan-kesalahan yang nantinya akan merugikan masyarakat banyak. DAFTAR PUSTAKA J.P. Holman. Perpindahan Kalor, Edisi ke enam ( terjemahan oleh Ir. E. Jasjfi M.Sc,. Penerbit Erlangga) Jakarta.1991

13 Frank P.Incropera,. David P.De Witt.Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Fourth edition. Printed in the United States of American Ir.Khaidir,M. Eng, IPM. Thermodinamika Teknik Jilid 1. Penerbit Bung Hatta University Pess. Padang.2008 B2 Thermodinamika_dan_Perpan_2 Prihadi Setyo Darmanto. Perencanaan Penukar Kalor. Laboratorium Termodinamika pusat antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung. 1993