BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perubahan di era globalisasi memberikan dampak pada perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, dimana ditemukannya alat-alat teknologi yang semakin canggih untuk memberikan kenyamanan bagi manusia. Pengetahuan tentang fungsi pendinginan udara sudah semakin berkembang pesat. Orang tidak hanya menggunakan sistem pendingin untuk mengawetkan makanan, melainkan juga untuk pengkondisian udara yaitu Air Conditioner (AC). AC adalah sebuah alat yang dapat berfungsi mengkondisikan udara dengan cara mengontrol temperatur udara dalam ruang tertentu. AC mengubah keadaan suhu udara panas ke udara yang bersuhu dingin dalam sebuah ruangan menjadi lebih nyaman. Alat ini dapat menjalankan fungsinya sebagai alat pendingin karena dalam AC terdapat banyak komponen, baik mekanis maupun elektris yang membutuhkan sumber energi yang cukup besar. Dalam proses mengubah udara bersuhu panas ke udara yang bersuhu dingin AC memiliki cara kerja. Menurut Priyadi (2009) cara kerja AC yaitu, Refrigeran (fluida yang memiliki sifat menyerap kalor, biasanya Freon) diberikan tekanan oleh kompressor dalam sistem mesin pendingin. Akibat pendinginan di kondensor refrigerant bertekanan mencair dan melalui pipa kapiler dialirkan ke evaporator. Pada evaporator, refrigeran mengalami proses trotling yaitu perubahan fase dari cair menjadi gas sehingga mengakibatkan daerah di sekitar evaporator menjadi dingin. Lalu gas yang berupa uap dingin ini di sirkulasikan ke dalam ruangan dengan bantuan fan sirkulasi sehingga suhu ruangan menjadi turun. Gas refrigeran yang terbentuk karena penyerapan tadi selanjutnya dialirkan ke dalam kompressor dengan menggunakan daya isap kompressor untuk selanjutnya dikompres/ ditekan kembali mengikuti siklus awal, atau dengan kata lain, AC hanya sebagai sebuah alat elektronik yang mengatur sirkulasi udara di dalam ruangan. Udara yang terisap disirkulasikan secara terus menerus oleh kipas
sirkulasi (blower) melewati sirip evaporator. Saat melewati evaporator, udara yang bertemperatur lebih tinggi dari evaporator diserap panasnya oleh bahan pendingin, kemudian dilepaskan di luar ruangan ketika aliran refrigeran melewati kondensor. Jadi, temperature udara yang rendah atau dingin yang dirasakan dalam ruangan sebenarnya adalah hasil sirkulasi udara yang dikeluarkan evaporator. Bukan udara yang dihasilkan oleh perangkat AC. Jadi, temperature udara yang rendah atau dingin yang dirasakan dalam ruangan sebenarnya adalah hasil sirkulasi udara yang dikeluarkan evaporator. Bukan udara yang dihasilkan oleh perangkat AC. Unit AC hanyalah tempat bersirkulasinya udara yang sekaligus menangkap kalor (panas) pada udara ruangan hingga mencapai temperature yang diinginkan. Gambar 1.1 Proses cara kerja AC Dari persoalan diatas, maka peneliti akan melakukan optimasi penggunaan AC pada suatu ruangan, dan diselesaikan dengan menggunakan Metode Elemen Hingga pada model perpindahan panas cairan. Dengan Metode Elemen Hingga, dapat memecahkan persoalan yang rumit dan sukar. (Cook, 1990) Metode elemen hingga adalah prosedur numerik untuk memecahkan masalah mekanika kuantum
dengan ketelitian yang dapat diterima oleh rekayasawan. Metode elemen hingga ini dapat dipakai untuk memecahkan berbagai masalah, daerah yang dianalisis dapat mempunyai bentuk, beban, kondisi batas yang sembarang. Penyelesaian optimasi penggunaan AC pada suatu ruangan ini menggunakan Software Comsol Multiphysics 5.0a. Comsol adalah software simulasi elemen hingga, yang pada dasarnya dapat mensimulasikan berbagai aplikasi fisika dan teknik, seperti mensimulasikan perpindahan panas melalui struktur yang kompleks, kristal fotonik pada skala nano, lentur mekanik balok, aliran cairan, proses elektrokimia, fisika plasma dan lainnya. Comsol Multiphysics 5.0a merupakan ekspansi yang signifikan dari aplikasi software, fitur dan fungsi. Keuntungan utama dalam menggabungkan simulasi komputer dan analisis prinsip-prinsip utama adalah bahwa penggguna dapat mencoba banyak pendekatan yang berbeda untuk solusi dari masalah yang sama yang diperlukan untuk mendapatkan solusi yang benar (atau setidaknya mendekati benar). Menurut Welty dkk (2004) persamaan differensial umum untuk transfer panas atau yang disebut juga transfer energy adalah sebagai berikut:. ( kkkkkk) + ρρcc PP uu. = qq (1.1) di mana kk adalah konduktivitas termal (W/mK), TT adalah temperatur aliran yang sedang bereaksi (K), ρρ adalah massa jenis (kg/m 3 ), CC pp adalah kapasitas panas pada tekanan konstan (J/kg.K), uu adalah medan kecepatan (mm/ss), qq adalah laju volumetrik dari pembangkitan energi termal (W/m 3 ). Berdasarkan latar belakang tersebut, maka penulis memilih judul penelitian ini dengan Optimasi Penggunaan Air Conditioner AC Pada Suatu Ruangan Dengan Metode Elemen Hingga.
1.2 Rumusan Masalah Dari persoalan cara kerja AC dalam mendinginkan suatu ruangan maka rumusan masalah yang akan diteliti adalah bagaimana cara mengoptimalkan penggunaan AC pada suatu ruangan dengan metode elemen hingga. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Optimasi penggunaan AC pada suatu ruangan menggunakan metode elemen hingga dengan software COMSOL 2. Pengoptimalan AC ditentukan berdasarkan panjang ruangan, lebar ruangan, tinggi ruangan, dan posisi letak AC. 3. Kondisi ruangan standar rumah tinggal, tidak untuk ruangan berlantai atas, ruangan tidak berhimpit dengan ruangan lain, ruangan diasumsikan ruangan tertutup. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah menyelesaikan persoalan optimasi pengunaan AC pada suatu ruangan menggunakan metode elemen hingga. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Mengoptimalkan pengunaan AC pada suatu ruangan sehinggga mengurangi penggunaan AC yang terlalu boros. 2. Sebagai sumber referensi untuk mempelajari tentang metode elemen hingga.
1.6 Metodologi Penelitian Penelitian ini adalah penelitian literatur yang disusun dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Mengumpulkan berbagai informasi terkait Optimasi dengan menggunakan software Comsol dan Metode Elemen Hingga 2. Menentukan Model Perpindahan Panas dengan Metode Elemen Hingga 3. Menentukan kapasitas AC berdasarkan acuan luas ruangan, tembok tebal atau biasa, posisi tembok/dinding yang terpanang 4. Untuk memberikan visualisasi penggambaran model dari Optimasi Penggunaan AC pada suatu ruangan, digunakan bantuan Software Comsol Multiphysics 5.0a. 5. Membuat kesimpulan
1.7 Kerangka Penelitian Berikut adalah kerangka penelitian yang akan dilakukan dari keterangan metodologi penelitian: Menentukan Ukuran Ruangan Persamaan Energi untuk Perpindahan Panas Menentukan kondisi Awal dan Batas Metode Galerkin Metode Elemen Hingga Pembahasan dan Hasil menggunakan Comsol Multiphysics 5.2 Menganalisis hasil dari perhitungan untuk Pengoptimalan Penggunaan AC pada Suatu Ruangan