BAB III METODE PENELITIAN (BAHAN DAN METODE)

Transkripsi

1 BAB III METODE PENELITIAN (BAHAN DAN METODE) Tahapan-tahapan pengerjaan yang dilauan dalam penelitian ini adalah sebagai beriut : 1. Tahap Persiapan Penelitian Pada tahapan ini aan dilauan studi literatur dan pendalaman pemahaman terhadap onsep sistem pendingin ompresi uap yang menggunaan refrigeran hidroarbon subsitusi R-22, dan ombinasi dengan onsep encapsulated ice thermal energy storage untu sistem pengondisian udara (AC) rumah. Studi literatur dilauan dengan mempelajari buu-buu dan jurnal-jurnal penelitian terbaru yang relefan. Studi literatur ini dapat dilauan di perpustaaan maupun melalui internet. 2. Tahap Rancangan Prototipe Sistem Pada tahapan ini dilauan persiapan rancangan prototipe sistem pengondisian udara rumah ombinasi silus ompresi uap sistem chiller dengan encapsulated ice thermal energy storage. Rancangan meliputi rancangan mesin pendingin ompresi uap (apasitas pendinginan, daya ompresor, temperatur evaporasi, temperatur ondensasi, apasitas tangi chiller), penggunaan encapsulated ice thermal energy storage (apasitas pendinginan/jumlah encapsulated ice, jumlah etilen gliol dan besar tangi penyimpan TES). 3. Tahap Pembuatan Prototipe Sistem Pada tahapan ini dilauan pembuatan prototipe sistem yaitu sebuah Energy Efficient Residential Air Conditioning Systems dengan Encapsulated Ice 20

2 Thermal Energy Storage berbasis silus pendingin ompresi uap dengan refrigeran hidroarbon subsitusi R-22 yang ramah lingungan. Pembuatan prototipe sistem ini mengacu pada hasil tahap rancangan dan disesuaian dengan etersediaaan omponen sistem yang ada. 4. Tahap Kaji Esperimental dan Pengumpulan Data Pada tahapan ini dilauan ajian esperimental dan pengambilan data-data yang diperluan dengan menggunaan beberapa macam alat uur antara lain : pressure gauge, termometer, multimeter, stopwatch, anemometer, solarimeter. Data-data yang diambil meliputi temperatur masu dan eluar evaporator, temperatur masu dan eluar ondensor, laju aliran air masu dan eluar evaporator, laju aliran udara masu dan eluar ondensor, teanan pada sisi masu ompresor, teanan pada sisi eluar ompresor, teanan eluar ondensor dan teanan masu evaporator, temperatur ruang pendingin, temperatur chiller, temperatur encapsulated ice TES Tan, laju aliran air e ruang pendingin, beberapa parameter lainnya yang dibutuhan. 5. Tahap Analisis Data Data yang diperoleh aan ditabulasian dan dilauan perhitungan sesuai prinsip-prinsip termodinamia yang berlau, selanjutnya aan diplot dalam berbagai grafi yang dapat memberian informasi-informasi mengenai berbagai data temperatur dan teanan yang diperoleh, berbagai data elistrian, dan ecepatan aliran refrigeran dan laju aliran air. Pada tahapan analisis ini diharapan dapat diperoleh gambaran tentang sistem yaitu gambaran tentang daya pendinginan sistem dibandingan dengan sistem onvensional, elebihan dan eurangan, dan emunginan penerapannya pada bangunan rumah. 21

3 6. Tahap Pernyataan Hasil dan Pembuatan Laporan Pada tahapan ini seluruh hasil yang diperoleh dari tahapan sebelumnya dibuat dalam bentu laporan hasil penelitian. Laporan hasil penelitian ini juga dapat dipubliasian di jurnal-jurnal ilmiah terareditasi, atau dipubliasian di seminar-seminar yang relefan, sehingga dapat diperoleh masuan-masuan untu esempurnaan penelitian selanjutnya. 3.1 Peralatan Pengujian Instalasi alat uji Mesin Pendingin Kompresi Uap Hibrida mempunyai omponenomponen utama yaitu ompresor, ondensor, pipa apiler, meja alat uji, pompa air sirulasi, serta instrumen pengruuran. Air Q Katup Espansi Kondensor Evaporator Kompresor W Qe Air Gambar 3.1 Silus Kompresi Uap Ideal dengan Pendingin Air 3.2 Alat Uur Alat uur digunaan untu menguur besaran-besaran pada pengujian. Alat uur yang diperluan yaitu alat uur teanan, temperatur, tegangan listri, arus listri dipasang pada titi-titi yang perlu diuji dan diambil datanya. 22

4 3.2.1 Alat Uur Temperatur Alat uur temperatur di pasang pada pipa saluran refrigeran, dengan tujuan agar temperatur pada masing-masing eadaan dapat dietahui. Alat penguur temperatur yang digunaan pada pipa saluran refrigeran adalah termoopel dengan penunju digital. Alat uur temperatur juga digunaan untu menguur temperatur air masu dan eluar pada ondensor dan evaporator. Selain itu juga digunaan untu menguur temperatur ruangan pendingin dan ruangan pemanas. Pada pengujian ali ini digunaan termometer digital Alat Uur Teanan Alat uur teanan digunaan untu menguur teanan yang terjadi pada masingmasing eadaan pipa saluran refrigeran. Alat uur yang digunaan pada pengujian ali ini adalah tabung bourdon Alat uur Listri Penguuran daya ompressor dilauan dengan mengetahui tegangan listri masuan e ompresor dan penguuran arus listri pada saat ompressor beroperasi. Tegangan listri di uur menggunaan Voltmeter dan arus listri diuur dengan menggunaan ampermeter. Daya ompressor dapat dihitung dengan persamaan : W =η V I Cosφ (4.1) m 23

5 dimana : W = daya ompresor (Watt) η m = efisiensi motor = 0,8 cosφ = fator daya = 0,83 V I = tegangan motor listri (V) = arus motor listri (A) 3.3. Instalasi Alat Uji Gambar 3.2 Instalasi Alat Uji Mesin Refrigerasi Kompresi Uap Hibrida dengan Thermal Energy Storage System menggunaan Encapsulated Ice Pac Instalasi ini merupaan instalasi mesin refrigerasi ompresi uap hibrida yang berfungsi sebagai mesin pendingin pada lemari pendingin bai sebagai sistem pendinginan onvensional maupun sebagai Thermal Energy Ice Storage sistem dan 24

6 pompa alor pada lemari pengering. Untu instalasi silus primer ( silus refrigeran), ompressor, sight glass, filter drier, atup espansi, ondensor dan evaporator ditempatan di atas meja duduan. Sedangan oil pendingin, oil pemanas, pompa air sirulasi, ditempatan di bagian bawah meja duduan alat Refrigeran Uji Refrigeran yang digunaan dalam sistem refrigerasi hibrida ini adalah refrigeran Haloarbon R-22 dan hidroarbon jenis Hycool HCR-22. Refrigeran hidroarbon jenis Hycool HCR-22 ini hasil produsi PT. Citra Total Buana Biru, salah satu produsen refrigeran hidroarbon di Indonesia. Penanganan refrigeran hidroarbon untu digunaan sebagai refrigeran pada mesin refrigerasi harus mengiuti petunju bau, dalam hal ini digunaan Petunju Pratis Konversi dan Perbaian Peralatan Refrigerasi dengan Menggunaan Refrigeran Hidroarbon secara aman Pelasanaan Pengujian Kinerja Mesin Refrigerasi Hibrida Pengujian yang dilauan adalah pengujian performansi mesin refrigerasi antara lain dampa pemanasan, dampa pendinginan, daya ompresi, COP, PF, TP. Pengaruh variasi laju massa air di ota evaporator terhadap teanan dan temperatur evaporasi dan ondensasi Variabel-Variabel Yang di Uur 1. Temperatur saat memasui ompresor (T1) 25

7 2. Teanan saat memasui ompressor (P1) 3. Temperatur saat memasui ondensor (T2) 4. Teanan saat memasui ondensor (P2) 5. Temperatur eluaran ondensor (T3) 6. Teanan eluaran ondensor (P3) 7. Temperatur saat memasui evaporator (T4) 8. Teanan saat memasui Evaporator (P4) 9. Temperatur air masu ota ondensor (Th in) 10. Temperatur air eluar ota ondensor (Th out) 11. Temperatur air masu ota evaporator (Tc in) 12. Temperatur air eluar ota evaporator (Tc out) 13. Temperatur air masu ruang pemanas (Trh in) 14. Temperatur air eluar ruang pemanas (Trh out) 15. Temperatur air masu ruang pendingin (Trc in) 16. Temperatur air eluar ruang pendingin (Trc out) 17. Temperatur ruang pemanas (Trh) 18. Temperatur ruang pendingin (Trc) 3.7. Pengolahan Data Hasil Pengujian Data yang diperoleh dari pengujian melalui penguuran adalah berupa sifat-sifat dari refrigerant, air, dan data listri. Sifat-sifat itu diantaranya adalah temperatur, teanan, massa, watu, ecepatan serta tegangan dan arus listri. Untu 26

8 mendapatan arateristi dan peformansi mesin, data awal tersebut harus diolah telebih dahulu. Pada bagian analisis ini tida semua proses pengolahan data ditampilan, tapi cuup diwaili oleh satu contoh perhitungan. Demiian juga untu hasil perhitungan, yang aan ditampilan hanya hasil ahir dalam bentu grafi. Sedangan hasil perhitungan lainnya, yaitu dalam bentu tabel, disajian dalam lampiran. Untu mengetahui inerja mesin maa dihitung pula besarnya erja ompresor, dampa pendinginan dan pemanasan yang bermanfaat untu menghitung COP, PF dan TP. 3.8 Perhitungan sisi refrigeran (Silus Primer) Sampel data yang aan diolah diambil dari percobaan no.1 pada refrigeran R-22 ondisi stabil. P1 = 42,5 Psi T1 = -0,8 P2 = 355 Psi T2 = -0,7 P3 = 360 Psi T3 = 52,1 P4 = 54 Psi T4 = 1 Dengan menggunaan tabel sifat termodinamia R-22 didapatan entalpi untu masing-masing tingat eadaan yaitu : h 1 = 408,9 J/g h 2 = 449,8 J/g h 3 = h 4 = 265,9 J/g 1. Laju aliran massa refrigeran 27

9 Laju aliran massa refrigeran dapat ditentuan dari esetimbangan massa dan energi dari evaporator. Untu lebih jelasnya hubungan ini dapat dilihat pada persamaan beriut : mref W = h2 h1 (3.2) mref = 449,8 408, 9 = dimana : m rtef : laju aliran massa refrigeran (g/s) W : Kerja ompresor (W) h 1 : entalpi refrigeran yang masu evaporator (J/g) h 2 : entalpi refrigeran eluaran evaporator (J/g) 2. Pelepasan alor oleh ondensor (Q) Pelepasan alor pada ondensor dipengaruhi oleh laju aliran massa refrigeran dan perubahan entalpi pada ondensor. Persamaan yang digunaan untu pelepasan alor pada ondensor ini dipaai persamaan sebagai beriut : Q = mref ( h2 h3 ) = (449,8 265,9) = (3.3) dimana : Q = pelepasan alor pada ondensor (W) m = laju aliran massa refrigeran (g/s) ref h 2 = entalpi sebelum masu ondensor (J/g) 28

10 h 3 = entalpi eluaran ondensor (J/g) 3. Penyerapan alor oleh evaporator (Qe) Untu nilai penyerapan alor pada evaporator juga dipengaruhi oleh laju massa aliran refrigeran dan perubahan entalpi pada evaporator. Persamaaan yang dipaai untu menjelasan hubungan antar variabel diatas adalah : Q e m = ref ( h h ) 1 4 (3.4) dimana : Q e = Penyerapan alor pada evaporator (W) m ref = Laju aliran massa refrigeran (g/s) h = entalpi sesudah melewati evaporator (J/g) 1 h = entalpi sebelum memasui evaporator (J/g) 4 Dengan memasuan data-data yang didapatan edalam persamaan 3.4, maa didapatan nilai penyerapan alor pada evaporator, yaitu : e ( ) Q = 0,0152g/s 408,9 265,9 J/g Qe = 2,174W Kedua nilai dari pelepasan alor oleh ondensor dan penyerapan alor oleh evaporator tersebut aan digunaan untu perhitungan oefisien dari mesin pendingin ompresi uap. 4. Koefisien perfomansi mesin pendingin Koefisien perfomansi pada Mesin Pendingin Kompresi Uap terdiri atas dua jenis, yaitu oefisien perfomansi mesin sebagai pendingin dan oefisien perfomansi mesin 29

11 untu tujuan pemanasan yang biasa disebut oefisien perfomansi pompa alor. Apabila operasi mesin dimasudan untu tujuan pendinginan, maa indes prestasi sistem sebanding dengan panas yang diserap evaporator dibanding dengan erja ompresor sebenarnya. COP Q W e = (3.5) dimana : COP = oefisen perfomansi mesin pendingin (Coeffisient Of Perfomance) Q e = penyerapan alor pada evaporator (W) W = erja ompresor (W) Dengan memasuan data-data yang sudah diolah di atas, maa COP dari mesin pendinginan adalah : 2,174W COP = 0,622W COP = 3, 495 Jia operasi dimasudan untu tujuan pemanasan, maa indes prestasi sistem merupaan perbandingan antara panas yang dilepasan ondensor dengan erja ompresor sebenarnya. Q W PF = (4.6) s dimana : PF = perfomansi pompa alor (Perfomance Factor) Q = pelepasan alor pada ondensor (W) 30

12 W s = erja isentropi ideal ompresor (W) Dengan cara yang sama pada persamaan 3.6 sebelumnya maa didapat nilai dari perfomansi fator mesin pendingin sebagai beriut : 2,795W PF = 0,622W PF = 4, 49 (q +q ) w e TP= =7,99 31