BAB III METODELOGI PENELITIAN. Hotel Sapadia Siantar. Hotel Danau Toba International Medan. Rumah Sakit Columbia Asia Medan

Transkripsi

1 BAB III METODELOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Tempat Penelitian Tempat penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah: Hotel Sapadia Siantar Hotel Danau Toba International Medan Rumah Sakit Columbia Asia Medan Laboratorium Pendingin Departemen Teknik Mesin, FT USU Waktu Penelitian Penelitian dilakukan mulai 01 Juli 08 Oktober Alat dan Bahan yang Digunakan Penelitian ini akan menggunakan bahan-bahan untuk pengukuran dan beberapa alat seperti alat produksi dan alat ukur Alat Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Alat ukur temperatur udara, kecepatan angin, intensitas cahaya dan kelembaban (Station data logger HOBO Micro Station)

2 Gambar 3.1 Hobo Micro Station Data Logger Dengan spesifikasi : a. Skala Pengoperasian : C dengan baterai alkalin C dengan baterai litium b. Input Sensor : 3 buah sensor pintar multi channel monitoring c. Ukuran : 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm d. Berat : 0,36 kg e. Memori : 512Kb Penyimpanan data nonvolatile flash. f. Interval Pengukuran : 1 detik 18 jam (tergantung pengguna) g. Akurasi waktu : 0-2 detik

3 2. Alat ukur temperatur / termokopel (AGILENT ) Gambar 3.2 Agilent dengan termokopel tipe T dan K Spesifikasi : a. Daya 35 Watt b. Jumlah saluran termokopel 20 buah c. Tegangan 250 volt d. Mempunyai 3 saluran utama e. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik f. Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol g. Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, RTD dan termistor, arus listrik AC.

4 3. Satu unit evaporator Gambar 3.3 Evaporator Bahan Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : a. Kabel termokopel b. Perekat c. Dll 3.3 Variabel Riset Adapun variabel input dari pengujian yang akan dianalisa antara lain adalah sebagai berikut :

5 a. Temperatur ruangan sebelum dipasang evaporator b. Temperatur ruangan sesudah evaporator dipasang dan water heater tidak diisi air c. Temperatur ruangan sesudah evaporator dipasang dan water heater diisi air setengah d. Temperatur ruangan sesudah evaporator dipasang dan water heater diisi air penuh e. Temperatur ruangan sesudah evaporator dipasang dan water heater bersirkulasi Di mana akan dihasilkan data berupa variabel output yang diharapkan, yaitu: a. Beban pendingin ruangan sebelum evaporator dipasang. b. Dimensi utama evaporator. 3.4 Set-Up Pengujian Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini sesuai dengan tanggung jawab penulis adalah bidang perhitungan beban pendingin ruangan dan perancangan evaporator. Penulis menghitung secara analitik pengaruh perubahan temperatur ruangan sebelum dan sesudah didinginkan oleh evaporator, disini juga penulis ingin menunjukan kerja evaporator mendinginkan runagan pada siklus kompresi uap hibrid. Penulis memulai skripsi ini dengan mencari referensi yang sesuai. Lalu dilakukan proses pengumpulan data yang berkaitan seperti temperatur udara harian, intensitas cahaya, kecepatan angin, dan kelembaban udara menggunakan

6 alat Station data logger HOBO Micro Station selama 1 bulan. Setelah itu diambil juga data temperatur ruangan selama 1 minggu menggunakan alat ukur temperatur dan termokopel Agilent. Proses dilanjutkan dengan perhitungan analitik dengan berbagai variasi pengujian. Variasi tersebut digunakan untuk mengetahui performansi evaporator dalam mendinginkan ruangan pada saat bekerja bersamaan denagan water heater ataupun tidak. Gambar 3.4 Termokopel di dinding untuk pengujian

7 Mulai Studi literatur Buku referensi,paper,dll Pengambilan data temperatur udara harian, intensitas cahaya, kecepatan angin, dan kelembaban udara Pengambilan data dimensi ruangan dan temperatur ruangan Perhitungan beban pendingin ruangan sebelum didinginkan Perancangan evaporator Pengukuran temperatur ruangan saat water heater tidak diisi air (kosong) Pengukuran temperatur ruangan saat water heater diisi air setengah Pengukuran temperatur ruangan saat water heater diisi air penuh Pengukuran temperatur ruangan saat water heater bersirkulasi Ya Perlu Modifikasi? Tidak Analisa data Kesimpulan Selesai Gambar 3.5 Diagram Alir Proses Pengerjaan Tugas Akhir

8 BAB IV ANALISA DATA 4.1 Perhitungan beban pendingin ruangan Perhitungan beban pendingin dari atap Qs = U A.ΔT U = 0,51 W/m 2.K A = 7.28 x 3.15 = m 2 Dari tabel 31, mass inside, without suspended ceiling, R=1,96, atap NO: 4 CLTD dari Tabel 30 (Lampiran A) Hour Roof T 27,2 28,8 30,7 32,4 33,8 34, ,7 33,9 ΔT Qs Perhitungan beban pendingin dari dinding Dinding A ( Kopel) (N) Qs = U.A. ΔT A = 7.28 x ( 2.07 x 0.9) = m 2

9 U = 2,73 W/m 2 K (Lampiran A) wall face Hour T 27,2 28,8 30,7 32,4 33,8 34, ,7 33,9 ΔT Qs Dinding B (E) U = 2,73 W/m 2.K Koreksi CLTD = (25,5-20) + [(35-11/2) 29,4] = 5.6 o C CLTD corr = CLTD o C A = 3.15 x 4.05 = m 2 Hour wall face E CLTDcorr Qs Dinding C (S) U= 2,73 W/m 2.K A = (7.28 x 4.05) (3 x 1.2) ( 2.07 x 0.9 ) = m 2 wall face Hour S CLTD corr

10 Qs Dinding D (W) U = 2.73 W/m 2.K A = 3.15 x 4.05 = m 2 Hour wall face W CLTDcorr Qs Perhitungan beban pendingin dari pintu wall face Pintu A,C U = 1,08 (R = 0,926) A = 2.07 x 0.9 = 1.86 m 2 Dari tabel 32 untuk wall no.2 (Lampiran A) Hour Pintu A (N) CLTD corr 9,6 10,6 12,6 13,6 15,6 17,6 18,6 19,6 20,6 Qs Pintu C (S) CLTD corr 6,6 9,6 13,6 18,6 23,6 28,6 31,6 32,6 31,6 Qs

11 4.1.4 Perhitungan beban pendingin dari jendela Beban konduksi melalui jendela A total = (3 x 1,2) = 3.6 m 2 U = 4,6 W/m 2.K Dari Tabel 34 diperoleh CLTD (Lampiran A) Solar time CLTD CLTD corr 6,6 7,6 9,6 10,6 12,6 12,6 13,6 13,6 12,6 Qs Panas transmisi dari jendela Q = A. SC. SCL Dimana: SC = 0,55 untuk jendela gelas yang bening dengan tirai jenis venetian blinds. SCL = solar cooling load factor. A W = (3 x 1,2) = 3.6 m 2 Jendela dikategorikan dalam zona B, maka dari Tabel 36 Zona Type B (Lampiran A) Glass Face Hour Dinding C(S) Q

12 4.1.5 Perhitungan beban pendingin dari manusia Dari Tabel 3 Bab 28 ASHRAE untuk kategori aktivitas di kantor jumlah panas per orang adalah 75 W untuk panas sensibel dan 55 W untuk panas laten. Maka panas sensibel dan panas laten dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: Q s = N 75 CLF Q l = N 55 CLF = cooling load factor untuk beban sensibel yang dapat dilihat pada Tabel 37 Bab 8 ASHRAE untuk kategori C (Lampiran A). Jam masuk adalah jam 9 pagi s/d jam 5 sore, berdasarkan kriteria ini lama pekerja di ruangan adalah sekitar 9 jam, pukul 9 pagi dianggap pekerja sudah berada 1 jam di ruangan. Nilai dari CLF ditampilkan di bawah: Hour in Space No of hours after Entry into space or Equipment turned on QS

13 N = jumlah penghuni ruangan = 8 orang Untuk panas laten Q l = 8 x 55 = 440 W Perhitungan beban pendingin dari lampu Beban dari lampu Wtungsten : 150 W Perhitungan beban pendingin dari udara infiltrasi Infiltrasi yang mungkin di sini adalah pembukaan pintu. Standard yang biasa digunakan adalah 2,8 m 3 akan masuk udara tiap kali terjadi pembukaan pintu. Pada soal ini diasumsikan pintu luar akan digunakan 2 orang/jam. Dengan menggunakan angka ini, laju udara infiltrasi dapat dihitung: V = 2 2,8 1000/ 3600 = 1.55 L/s. Maka panas sensibel dan panas laten udara infiltrasi adalah Q s = 1,23 x 1.55 x (T o T i ) Pukul T 27,2 28,8 30,7 32,4 33,8 34, ,7 33,9 T 7,2 8,8 10,7 12,4 13,8 14, ,7 13,9 QS Q l =3010 (1.55) x (0,0159 0,0088) = W Total beban pendingin laten (Q laten )

14 Manusia Infiltrasi TOTAL :440 W :33,12 W = W Total Beban Pendingin Sensibel + Laten Hour Qs (Watt) Roof Dinding A Dinding B Dinding C Dinding D Pintu A Pintu C Kond Jendela Trans Jndla B Manusia L.tngsten Infiltrasi Qlaten TOTAL

15 Maka Beban Pendingin Total dihitung pada pukul WIB. Beban Total Pendingin :5.094,12 W = 5,09 kw 13, ,74 109,29 13,25 84, ,12 506, , , ,382 19,28 Roof Dinding A Dinding B Dinding C Dinding D Pintu A Pintu C Kond Jendela Trans Jndla B Manusia L.tungsten Infiltrasi Qlaten

16 Gambar 4.1 Diagram beban pendingin ruangan yang dikondisikan 4.2 Perancangan dimensi utama evaporator Dari data beban pendingin yang diperoleh dalam perancangan kapasitas pendingin di ruangan yang terdapat di Gedung Pascasarjana Departemen Teknik Mesin,FT-USU lantai 2 sebesar 5,09 kw dan daya kompresor yang digunakan sebesar 0,746 kw, maka dirancang dimensi utama dari evaporator yang akan digunakan sebagai pendingin refrigeran Bilangan Reynold dan Nusselt Persamaan untuk mencari Bilangan Reynold adalah: Re = ρu max D µ Diamana sifat-sifat udara dianalsia pada temperatur rata-rata 18.5 o C adalah: ρ u = 1,1926 kg/m 3 µ u = 1,263E-05 Ns/m 2 k u = E-02 W/mK Pr u = 0,7091 U = 2 m/s (direncanakan) U max = 7 m/s Maka: Re =

17 = Untuk mencari bilangan Nussel dapat dilihat dari table 2.2 dimana bilangan Re diantata adalah maka: Nu = 0,193 Re 0,618 Pr 1 3 Nu = x x = 29, Koefisien perpindahan panas di luar pipa (h o ) Koefisien perpindahan panas diluar dapat dihitung dengan persamaan: hd Nu = sehingga h o = K h o = h o = Koefisien perpindahan panas di dalam pipa (h i ) Menurut grafik dari lampiran G (Dongsoo Jun,Kwangyong An,Jinseon Park,2003), cara untuk memperoleh nilai h i, dapat diperoleh dengan menggunakan grafik plain tube dimana nilai dari h i diperoleh dari perbandingan Q eva dengan luas permukaan pipa evaporator, sehingga diperoleh nilai h i = 4500 W/m 2 K

18 Gambar 4.2 Grafik perbandingan h dengan q/a Koefisien perpindahan panas menyeluruh (U o ) Koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat dihitung dengan rumus: 1 U 0 r0 = r i 1 h i r0 + r i R fi r0 ln 0 + k ( r r ) i + R f h 0 Asumsi dalam perancangan ini pipa yang digunakan sangat tipis sehingga perbandingan antara r o dan r i dapat diabaikan,maka diperoleh nilai U o = 111, Perbedaan Temperatur Logaritma Rata Rata (LMTD) Untuk mencari nilai LMTD dapat digunakan persamaan: LMTD =

19 = (22-15) / ln[(22-8) / (15-8)] = 10,10 o C Dimensi Evaporator Hitung luas penampang pipa tembaga dihitung dari persamaan, Q = U o x A o x LMTD 5090 W = 111,15 W/m 2 K x A o x 10,10 A o = 4,533 m 2 Dengan persamaan luas penampang pipa, serta penambahan 2800 fin pada pipa setiap jarak 2 mm, maka didapat panjang pipa kondensor sebagai berikut, A o = DL L A Dimana A adalah luas penampang sirip yang dapat dihitung dengan persamaan, A = 4D 2 0,25 D 2 A = 1,33 x 10-4 m 2 Maka, A o = DL L A 4,533 m 2 = 3,14 (0,0064 m) L (1,33x10-4 ) L L = 11,511 m Pipa tersebut dibagi atas 10 laluan, sehingga panjang tiap laluan pipa adalah sebesar 1,511 m. 4.3 Titik Pengukuran ( Posisi Pengukuran)

20 Pada pengujian ini ada delapan titik yang digunakan pada ruangan. Ruangan dibagi menjadi dalam 2 bagian dikarenakan ada dinding pembatas. Titik 1,2,3,4,7,8 merupakan di ruangan belajar dan titik 5 dan 6 merupakan ruang makan. Titik 3 N Titik 6 Titik 8 W E Titik 7 Titik S 2 Titik 5 Titik 4 Titik 1 Gambar 4.3 Titik pengukuran pada ruangan saat pengujian

21 4.4 Pengukuran temperatur ruangan sebelum evaporator dipasang Gambar 4.4 Grafik pengukuran temperatur ruangan sebelum evaporator dipasang

22 Gambar 4.5 Grafik pengukuran temperatur rata-rata pada ruangan sebelum evaporator dipasang Gambar 4.6 Grafik udara lingkungan dan radiasi matahari pada tanggal 1 Oktober 2011

23 Pada pengujian temperatur ruangan sebelum evaporator dipasang pada tanggal 1Oktober 2011,ada enam titik pengujian yang peneliti lakukan. Ruangan yang diuji dibagi menjadi dua ruangan, dimana ruangan pertama atau ruangan utama ada empat titik pengujian,yaitu titik satu sampai titik empat dan ruangan kedua atau ruang makan ada dua titik pengujian, yaitu titik lima dan enam. Pada gambar 4.4 dilihatkan temperatur pada titik lima dan enam lebih tinggi dari titik satu sampai empat dikarenakan ruangan kedua tidak mengalami sirkulasi udara dikarenakan tidak adanya ventilasi dan pintu tidak dibuka dan jika dibandingkan dengan gambar 4.6 temperatur udara lingkungan dan radiasi matahari terlihat bahwa titik lima dan enam mempunyai temperatur yang sama dengan udara lingkungan dan berbeda dengan titik satu samapai empat yang mengalami sirkulasi udara pada ruangan utama. 4.5 Pengukuran temperatur ruangan sesudah evaporator dipasang dan water heater tidak diisi air.

24 Gambar 4.7 Grafik temperatur ruangan pada saat evaporator sudah dipasang dan water heater tidak diisi air. Gambar 4.8 Grafik temperatur ruangan rata-rata pada saat evaporator sudah dipasang dan water heater tidak diisi air. Gambar 4.9 Grafik temperatur udara lingkungan dan radiasi matahari pada tanggal

25 4 Oktober Pada pengujian hari berikutnya, penulis menambah dua titik pengujian untuk lebih mendapatkan data yang lebih akurat yaitu di tengah ruangan utama(titik tujuh) dan dinding pembatas antara ruangan utama dan ruang makan(titik delapan). Pada gambar 4.7 terlihat setelah evaporator bekerja pada pukul WIB rungan utama mengalami penurunan temperatur yang cukup drastis, ini terlihat pada titik dua dan titk tujuh yang dapat mencapai temperatur 24 o C pada pukul WIB dan setelah evaporator tidak bekerja pada pukul WIB temperatur ruangan mengalami kenaikan lagi. Bila dibandingkan dengan gambar 4.9 grafik udara lingkungan pada pukul WIB sampai WIB, temperatur udara lingkungan dapat mencapai temperatur 35 o C pada pukul WIB dan pada saat yang bersamaan evaporator bisa mendinginkan ruangan sampai temperatur 26 o C (dapat dilihat pada gambar 4.8). 4.6 Pengukuran temperatur ruangan sesudah evaporator dipasang dan water heater diisi air setengah

26 Gambar 4.10 Grafik temperatur ruangan pada saat evaporator sudah dipasang dan water heater diisi air setengah. Gambar 4.11 Grafik temperatur rata-rata ruangan pada saat evaporator sudah dipasang dan water heater diisi air setengah.

27 Gambar 4.12 Grafik temperatur udara lingkungan dan radiasi matahari pada tanggal 5 Oktober 2011 Pada pengujian berikutnya water heater bekerja dengan diisi air setengah. Pada gambar 4.10 dapat dilihat ruangan utama dan ruang makan dapat didinginkan oleh evaporator sampai suhu 25 o C dan pada pukul WIB temperatur ruangan mengalami penaikan diakibatkan bertambahnya jumlah orang yang berada didalam ruangan. Setelah pukul WIB temperatur ruangan kembali turun karena jumlah orang yang berada didalam ruangan sudah berkurang. Jika dibandingkan temperatur rata-rata ruangan pada gambar 4.11 dengan temperatur udara lingkungan pada gambar 4.12, evaporator dapat mendinginkan ruangan jauh dibawah temperatur udara lingkungan.

28 4.7 Pengukuran temperatur ruangan sesudah evaporator dipasang dan water heater diisi air penuh. Gambar 4.13 Grafik temperatur ruangan pada saat evaporator sudah dipasang dan water heater diisii air penuh. Gambar 4.14 Grafik temperatur rata-rata ruangan pada saat evaporator sudah dipasang dan water heater diisi air penuh.

29 Gambar 4.15 Grafik temperatur udara lingkungan dan radiasi matahari pada tanggal 7 Oktober Pengujian berikutnya adalah evaporator bekerja bersamaan dengan water heater disii air penuh. Pada gambar 4.13 ruangan dapat didinginkan oleh evaporator sampai suhu 23 o C dimana udara lingkungan mencapai temperatur 33 o C pada saat yang bersamaan. Pada titik dua temperatur mengalami penurunan yang signifikan pada pukul WIB diakibatkan aliran udara yang keluar dari evaporator dimana titik dua berada pada dinding evaporator ditempatkan. Bila dibandingkan temperatur rata-rata ruangan dengan temperatur udara lingkungan, evaporator mampu mendinginkan ruangan secara bersamaan dengan water heater memanaskan air penuh.

30 4.8 Pengukuran temperatur ruangan sesudah evaporator dipasang dan water heater bersirkulasi. Gambar 4.16 Grafik temperatur ruangan pada saat evaporator sudah dipasang dan water heater bersirkulasi.

31 Gambar 4.17 Grafik temperatur ruangan pada saat evaporator sudah dipasang dan water heater bersirkulasi. Gambar 4.18 Grafik temperatur udara lingkungan dan radiasi matahari pada tanggal 8 Oktober Pengujian berikutnya evaporator bekerja bersamaan dengan water heater yang bersikulasi tanpa menggunakan pompa. Pada gambar 4.16 temperatur ruangan mengalami perubahan yang tidak konstan karena pada saat pengujian pintu ruangan utama sering dibuka dan ditutup untuk mensirkulasikan air. Hal ini mengakibatkan temperatur ruangan mengalami perubahan. Pada gambar 4.17 temperatur rata-rata ruangan yang didinginkan evaporator pada saat water heater bersirkulasi dapat mencapai temperatur 26 o C dan jika dibandingkan dengan temperatur udara lingkungan pada saat yang sama mencapai temperatur 30 o C. Ini

32 membuktikan evaporator tetap bisa mendinginkan ruangan walaupun water heater bekerja dengan bersirkulasi.

33 BAB V KESIMPULAN & SARAN 5.1 KESIMPULAN 1. Telah dirancang dan dibangun satu unit mesin pendingin siklus kompresi uap hibrid yang dilengkapi water heater untuk pengkondisian udara. 2. Evaporator yang dirancang bangun dapat melaksanakan tugasnya sesuai dengan yang direncanakan, yaitu: a. Temperatur ruangan rata-rata sebelum evaporator dipasang : 30,5 o C b. Temperatur ruangan rata-rata sesudah evaporator dipasang dan water heater tidak diisi air : 24 o C c. Temperatur ruangan rata-rata sesudah evaporator dipasang dan water heater diisi air setengah : 25 o C d. Temperatur ruangan rata-rata sesudah evaporator dipasang dan water heater diisi air penuh : 23 o C e. Temperatur ruangan rata-rata sesudah evaporator dipasang dan water heater bersirkulasi : 26 o C 3. Berdasarkan dari data pengujian terlihat bahwa evaporator tetap dapat menjalankan fungsinya mendinginkan ruangan. Hal ini berlaku baik pada saat water heater dikosongkan maupun diisi penuh. Kesimpulan yang dapat ditarik dari pengujian ini bahwa water heater tidak mempengaruhi

34 kinerja evaporator karena dengan penambahan komponen water heater efek refrigerasi evaporator semakin besar. 5.2 SARAN 1. Untuk pengujian lebih lanjut diharapkan memperbanyak titik pengukuran guna memperoleh hasil pengujian yang lebih baik. 2. Untuk pengujian lebih lanjut khusus untuk water heater bekerja dengan sirkulasi lebih baik digunakan pompa untuk keefektifan pengujian temperatur di dalam ruangan. 3. Saat dilakukan pengujian pintu ruangan sebaiknya ditutup atau frekuensi orang keluar masuk dikurangi.