SKRIPSI ANALISA KOMPARASI EKSPERIMENTAL KINERJA POMPA KALOR DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN R 134A DAN MC 134 UNTUK PRODUKSI AIR PANAS

Transkripsi

1 SKRIPSI ANALISA KOMPARASI EKSPERIMENTAL KINERJA POMPA KALOR DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN R 134A DAN MC 134 UNTUK PRODUKSI AIR PANAS Oleh: I Gede Putu Adi Pratama JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK NON REGULER UNIVERSITAS UDAYANA 2015

2

3 KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI, DAM PENDIDIKAN TINGGI FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NON REGULER JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Denpasar Telp/Faks: , ; LEMBARPENGESAHAN ANALISA KOMPARASI EKSPERIMENTAL KINERJA POMP A KALOR DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN R-134A DAN MC -134 UNTUK PRODUKSI AIR PANAS Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Program Nonreguler Universitas Udayana Nama NIM Konsentrasi Oleh: : I Gede Putu Adi Pratama : : Konversi Energi Telah Diuji Dalam Ujian Skripsi Hari/Tanggal: Senin I 30 Nopember 2015 Pembimbing I Pembimbing II \ Or. Hendra Wiiaksana, MSc) NIP Or. I Nengah Suarnadwipa, MT) NIP Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin

4 i ANALISA KOMPARASI EKSPERIMENTAL KINERJA POMPA KALOR DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN R 134A DAN MC 134 UNTUK PRODUKSI AIR PANAS Oleh Dosen Pembimbing : I Gede Putu Adi Pratama : Ir. Hendra Wijaksana, MSc Ir. Nengah Suarnadwipa, MT ABSTRAK Ketersedian air panas pada sebuah hotel, usaha dibidang jasa penginapan atau rumah tangga semakin banyak diminati untuk memenuhi kenyamanan dari setiap penghuni rumah maupun penginapan. Terdapat berbagai jenis alat untuk menghasilkan panas sebagai pemanas air, diantaranya dengan menggunakan panas dari energy listrik (heater), energi panas matahari, boiler, dan pompa kalor. Dalam penelitian ini penulis mengangkat topik mengenai pompa kalor yang merupakan suatu alat yang cukup efektif untuk menghasilkan air panas. Pompa kalor ini akan menggunakan kondensor tipe tube in tube dengan aliran air yang masuk berlawanan arah dengan aliran refrigeran. Pada penelitian ini laju aliran air akan di variasikan dari 2 L/min, 3 L/min, 4 L/min sampai 5L/min serta refrigerant yang digunakan adalah R-134a dan MC-134 yang bersifat hydrocarbon. Dari hasil penelitian didapat daya listrik yang dikonsumsi ketika menggunakan refrigerant R-134a lebih tinggi mencapai Watt, Teperatur air yang dihasikan dari proses pemanasan pada kondensor tube in tube mencapai C, COP dari sistem pompa kalor pada laju alian air 5 L/min sebesar lebih kecil 1.82, dan ketika menggunakan MC-134 daya yang dikonsumsi mencapai Watt, temperatur air mencapai C dan COP yang pada laju aliran air 5 L/min sebesar Kata kunci: Pompa Kalor, Refrigeran, Kondensor Tube in Tube, Daya Listrik, Temperatur Air, dan COP.

5 ii COMPARISON OF EXPERIMENTAL PERFORMANCE ANALYSIS HEAT PUMP USING REFRIGERANT R 134a AND MC FOR HOT WATER PRODUCTION Author Guidence : I Gede Putu Adi Pratama : Ir. Hendra Wijaksana, MSc Ir. Nengah Suarnadwipa, MT ABSTRACT Hot water has becoming more important to be provided whether by hotel, home stay or private houses to increase conveniences of their tenants. There are now various equipments available that can be used to produce hot water such as, heater, boiler and heat pump. This report describes heat pump which is hypothesized as very effective to produce hot water. This heat pump uses a tube in tube condenser type where water flow in the condenser is at a reverse direction relative to the flow of refrigerant. In this study, water flow rate was varied from 2 L/min, 3 L/min, 4 L/min and 5 L/min using two kind of hydro carbon refrigerants, i.e. R-134a and MC-134. This study found that when using R-134a refrigerant, heat pump consumed watt electric power. Under this conditions, heating processes in this condenser increased water temperature into o C. In this system, COP was 1.82 when rate of water flow is 5 L/min. A different result was found when refrigerant in the system was changed with MC-134. Under this type of refrigerant, heat pump consumed watt electric power and heating process in condenser increased temperature into o C. Under condition of MC-134, COP was 2.16 when water flow in the condenser was 5 L/min. Key words: Heat Pump, refrigerant, tube in tube condenser, electric power, water temperature, COP.

6 iii KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ANALISA KOMPARASI EKSPERIMENTAL KINERJA POMPA KALOR DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN R 134A DAN MC 134 UNTUK PRODUKSI AIR PANAS. Dalam Penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih sebesar besarnya kepada: 1. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MASc, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. Hendra Wijaksana, MSc, selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak Ir. I Nengah Suarnadwipa MT, selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 4. Bapak I Gusti Ketut Sukadana, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 6. Team Lab. Refrigerasi dan Tata Udara, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bali. 7. Semua pihak dan kawan kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan refrensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Denpasar, November 2015 Penulis

7 iv DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DARTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Refrigeran Jenis-jenis Refrigeran Refrigeran Halocarbon Compounds Azeotropes Compounds Refrigeran Musicool Kondisi Fisik Refrigeran Dalam Sistem Definisi Mesin Pompa Kalor (heat pump) Siklus Kompresi Uap Komponen Komponen Utama Pompa Kalor Kompresor... 18

8 v Kondensor Katup Ekspansi Evaporator Prestasi Siklus Kompresi Uap Pompa Kalor Kalor yang Dilepas Oleh Kondensor Laju Pemanasan Air Analisis Efektivitas Kondensor Kerja Kompresi Daya Kompresor COP Heating (Performa Saat Pemanasan) Berdasarkan Siklus BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian Variabel Penelitian Variabel Tetap Variabel Bebas Alat dan Bahan pengujian Peralatan yang digunakan Bahan Pengujian Rancangan Peneltian Instalasi Penelitian Diagram Alir Penelitian Prosedur Penelitian Tahapan Persiapan Tahapan Pengujian Penentuan Sumber Data... 44

9 vi BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian Proses pengolahan data Perhitungan Enthalpi h (kj/kg) Perhitungan Laju Aliran Massa Refrigeran Perhitungan Laju Aliran Massa Air Perhitungan Kalor Spesifik Air (Cp air) Perhitungan Kalor yang Dilepas Kondensor Perhitungan Laju pemanasan air Perhitungan Kerja Kompresor Perhitungan COP Pompa Kalor Perhitungan COP Pemanasan Air Aktual Perhitungan Efektivitas Kondensor Perhitungan Daya kompresor yang terukur Analisa Grafik BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN PERNYATAAN SK SKRIPSI/PEMBIMBING DATA HASIL PENELITIAN FOTO - FOTO

10 vii DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram P h (R-134a) Gambar 2.2 Diagram P h (mc 134) Gambar 2.3 Diagram Mollier dan Keadaan Fisik Refrigeran Gambar 2.4 Skematik Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar Gambar 2.5 T s Diagram Siklus Kompresi Uap Standar Gambar 2.6 P h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar Gambar 2.7 Kompresor Gambar 2.8 Kondensor Koil Pipa Ganda Gambar 2.9 Kondensor Koil Pipa ganda Gambar 2.10 Katup Ekspansi Gambar 3.1 Kompresor hermatic 1 PK Gambar 3.2High Pressure Control Gambar 3.3 Kondensor Tube in Tube Gambar 3.4 Accumulator Gambar 3.5 Filter Gambar 3.6 Katup Ekspansi Gambar 3.7 Evaporator Gambar 3.8 Liquid Separator Gambar 3.9 TH Series Computer Controlled Gambar 3.10 Bak Penampung Air dan pompa sirkulasi Gambar 3.11 Katup Sirkulasi Air Gambar 3.12 Katup Sirkulasi Refrigeran Gambar 3.13 Pressure Gauge Gambar 3.14 Thermocouple Gambar 3.15 Flowmeter Air Gambar 3.16 Flowmeter Refrigeran Gambar 3.17 charging manifold... 37

11 viii Gambar 3.18 Pompa Vacum Gambar 3.19 Refrigeran Hidrokarbon (MC - 134) Gambar 3.20 Skematik Pompa Kalor Dengan Kondensor Tube in Tube Gambar 3.21 Diagram Alir Penelitian Gambar 4.1 Proses Menentukan Nilai Enthalpi Gambar 4.2 Grafik Laju Aliran Air Terhadap Temperatur Air Gambar 4.3 Grafik Laju Aliran Terhadap Laju Pemanasan Air Gambar 4.4 Grafik Konsumsi Daya Sistem Ketika Menggunakan R-134a dan MC Gambar 4.5 Grafik Laju Aliran Air Terhadap COP... 56

12 ix DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Potensi yang Dimiliki Oleh Refrigeran Hydrocarbon Dan Halocarbon... 5 Tabel 2.2 Penomeran Refrigeran Halocarbon... 9 Tabel 3.1 Time Schedule Pembuatan Skripsi Tabel 4.1 Pengukuran data pada laju aliran air 5 Liter/min dengan refrigerant R-134a Tabel 4.2 Hasil Pengolahan Data Tabel 4.3 Rata rata Temperatur yang dihasilkan dari proses pemanasan air pada kondensor tube in tube pada refrigerant R 134a dan MC-134 dengan laju aliran air 5 sampai 2 Liter/menit Tabel 4.4 Rata rata laju pemanasan air yang dihasilkan pada refrigerant R 134a dan MC-134 dengan laju aliran air 5 Liter/menit sampai 2 Liter/menit Tabel 4.5 Rata rata daya listrik pada refrigerant R-134a dan MC-134 dengan laju aliran air 5 Liter/menit sampai 2 Liter/menit Tabel 4.6 Rata rata COP yang dihasilkan pada refrigerant R 134a dan MC- 134 dengan laju aliran air 5 sampai 2 Liter/menit